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2021-05-31物理思想發展脈絡的愛因斯坦觀點 618 期

Author 作者欒丕綱／任職於中央大學光電系，研究興趣為超穎材料與光子晶體。

物理物理學物理學的演進愛因斯坦相對論英費爾德導讀文台積電盃青年尬科學費曼物理講義

（本文與2021 台積電盃青年尬科學科普書籍閱讀寫作競賽合作刊出）

由商周出版社出版的《物理學的演進》（The Evolution of Physics），是譯自愛因斯坦（Albert Einstein）與英費爾德（Leopold Infeld）合著的科普名著，原書誕生於1938年，是愛因斯坦為了幫助波蘭裔研究助手英費爾德，解決經濟問題而提議合作撰寫。全書只有四章，包含「機械觀的興起」、「機械觀的衰落」、「場，相對論」、「量子」。就我所知這是本書在國內出現的第三種繁體字譯本，過去我曾在國中與高中時期讀過水牛出版社的《物理學的進化》，而臺灣商務印書館於2008 年也出版過《物理之演進》。這本書也是我唯一研讀超過5遍的科普書，會讀這麼多遍是因為我最初讀它時基礎知識比較薄弱，所以許多讀不懂，必須一讀再讀；其次是這本書對於喜歡思考的我而言很有吸引力，因此會一再玩味其中的許多細節。

本書前兩章介紹馬克士威（James Clerk Maxwell）電磁理論出現之前的物理思想發展，主題包括牛頓力學與運動、熱與溫度、能量與守恆律、分子動力論與布朗運動、靜電與靜磁、光速、光微粒說與光波動說、色彩的意義、橫波與縱波、介質以太等。第三章開始介紹電磁場概念、馬克士威電磁理論的主要特徵、以太與運動學、狹義相對論、相對論性力學與質能關係、時空、等效原理、廣義相對論。最後一章則先討論連續與不連續性，然後介紹光電效應與光子概念、光譜與原子能階、物質波、機率波。每一章的最後一節是該章主要觀念的總結，內容通常會有一點哲學思想的味道。整本書除了第一章在說明萬有引力的平方反比特性時，出現了「2×2=4」與「3×3=9」兩個算式之外，沒有其他公式，因此讀者不必害怕遇到可怕的公式。不過，這並不表示這本書很容易讀，正如本書序言所言：「若想理解本書的任何一頁，就必須細心讀完前面的頁數。」此外，也「不能用小說的閱讀方式來讀」。

這本書的寫作方式與當代的科普書相比，可說是非常樸實無華。書中沒有科學家的八卦，也沒有與觀念介紹無關的廢話或吹噓。作者不疾不徐地帶領讀者認識各種物理觀念的起源，思考它們的用處，檢討它們的缺失，並解釋新觀念是如何取代了舊觀念，為物理帶來新的發展。書中經常採用對話的方式，讓擁護新舊觀念的兩位假想物理學家對話，藉此比較新舊理論的差異。這種方式很類似伽利略（Galileo Galilei）的《關於兩門新科學的對話》（Dialogues Concerning Two New Sciences），非常有啟發性。我最喜歡的是第三章的內容，其中有很多篇幅探討以太與運動，以及檢討為何必須放棄伽利略轉換，採用勞倫茲轉換（Lorentz transformation）。此外，等效原理相關的「思想實驗」與廣義相對論的重要預測的解說也非常精采。不誇張地說，我對相對論的「非數學式理解」，很大一部分是來自讀這本書。

當然，這本書畢竟已是80多年前的老書，有些跟不上時代的不足之處是完全正常的。例如第三章沒有介紹廣義相對論在宇宙學的應用，更沒有介紹重力波；而第四章的內容大概只介紹到1930年之前的量子力學發展。此外，完全不使用數學或物理公式，對於想要更深入理解相對論與量子力學的讀者，也難免有「隔靴搔癢」之感。要解決以上這兩個問題，我建議讀者可搭配閱讀《費曼物理講義》（The Feynman Lectures on Physics）I 至III卷相關內容〔註〕，再讀一些當代科普書，應該就會有很大的收穫。

〔註〕加州理工學院（California Institute of Technology, Caltech）有提供本書內容的免費網頁版，讀者可參考以下網址：https://www.feynmanlectures.caltech.edu/。

透過這本書，讀者可以了解物理思想發展史的愛因斯坦觀點。對相對論的建立動機及思想演變過程有興趣的讀者，一定會喜歡這本書。此外，作為一本物理啟蒙書，此書也很適合推薦給中學生。最後，對於已經學習過真槍實彈的相對論與量子力學的朋友們，我相信你們也可以在這本書裡找到很有價值的東西。

導讀文寫作要領
♦筆者在文章開頭介紹書中主要章節的編排，並以書中「兩個算式之外，沒有其他公式」，讓讀者閱讀前有心理準備，但同時也強調即使公式不多，仍須仔細閱讀才能從中獲得閱讀樂趣與知識。
♦由於是經典書籍重新出版，筆者以自身經歷，除了告知讀者本書從以前到現在的出版歷程，也描述它如何影響筆者求學歷程。
♦導讀文並非序文或閱讀心得，內容可以說明本書試圖引領讀者可獲得或學習到什麼，但切記要避免「暴雷」，以不影響讀者閱讀體驗為優先。

報名資訊

2021台積電盃青年尬科學科普書籍閱讀寫作競賽

報名與繳件時間：2021年9月1日至9月30日止，全國國三到高三（K9-K12）在學學生，個人參賽。指定科普書單中任選一本撰寫導讀文章。
指定閱讀書籍：
1.《破解動物忍術：如何水上行走與飛簷走壁？動物運動與未來的機器人》
2.《科學詭案調查局：離奇現象與噁爛實驗的科學研究報告》
獎項：選出20件優秀作品，頒發獎金與獎狀
得獎公告：2021年11月
活動詳情：http://case.ntu.edu.tw/scinarrator/wordpress/