內容簡介:
愛因斯坦讚不絕口、麻省理工學院指定必讀,影響全球近代科學家超過半世紀。繁體中文版經典重現!
認識相對論和量子理論最棒的一本書,你當然不能錯過!

◎華人科普的諾貝爾獎:吳大猷科普獎‧銀籤獎
◎中華民國物理學會百大物理科普推薦讀物
◎美國麻省理工學院開放課程指定讀物
◎愛因斯坦高度推崇的科普作者


異想天開的故事,貨真價實的科學
「宇宙大霹靂」的建立者加莫夫從一九三八年開始,寫下一系列的物理科普作品,並創造了「湯普金斯先生」這號人物,用虛構的故事描述真實確切的物理科學。湯普金斯先生原本是一位銀行小職員,但是他對物理學卻有很大的興趣,在一面聽物理講座時,一面又昏昏沉沉打了瞌睡,這一睡就睡到「相對論」和「量子理論」的世界裡去了!

──怎麼湯普金斯先生騎自行車加速時,旁邊的自行車騎士看起來變扁了呢?
──坐在火車上不斷往返的人,比一直留在車站邊的人老得慢?
──喔,湯普金斯先生居然像繞著陀螺般打轉……孤單的沿著橢圓形軌道……他變成價電子轉進原子軌道裡啦!

這些異想天開又百分之百科學的內容,配上活潑逗趣的插圖,從一九三八年出版開始不僅深受物理科普讀者歡迎,也是許多物理學者喜愛的讀物。之後經過幾次增補,最後在一九九九年由著名科普作家史坦納德做了全面修訂,不僅忠於原著,又加入近年來的新發現與新學說,讓這本經典作品在歷經半個世紀後依然不朽。更是一本最能讓外行人認識「相對論」和「量子理論」的科普書。

對後世影響最深的科普作家,著作等身
加莫夫是眾所皆知的偉大物理學家,他是「宇宙大霹靂」學說的主要提出者,認為宇宙是在約一百四十億年前,由一個極大密度且極高溫度的狀態演變而來。但是他做為一位科普作家的名氣卻更為響亮,共發表中、長篇科普作品二十篇,以及專題科普文章六、七十篇,著作等身,被奉為科普界一代宗師。他的科普作品幽默、有趣,在國際間享有很高的知名度,且被多次再版,也被翻譯為各國不同語言。連愛因斯坦都高度讚賞他的作品。因為他在科普文學的推廣與偉大貢獻,於一九五六年獲聯合國教科文組織授予卡林加獎,對於推動科學普及是一項至高榮譽。

作者簡介:
加莫夫
加莫夫(George Gamow,一九○四至一九六八年),不但是二十世紀最具影響力的物理學家之一(他是建立宇宙大霹靂理論的學者之一),也是推動科學普及的大師。他有許多作品極受歡迎,其中最著名的就是《物理奇遇記》(一九六五年出版)。
史坦納德
史坦納德(Russell Stannard),堪稱是最有才華的科普專家之一,他曾在許多媒體上曝光、並參加眾多計畫案,他的著作《艾伯特叔叔三部曲》特別受到歡迎(包含《艾伯特叔叔的時空》、《黑洞與艾伯特叔叔》、以及《艾伯特叔叔的量子之旅》),這三本書讓十一歲以上的孩童能夠了解愛因斯坦與量子理論。這套書獲得絕大成功,備受推崇,已經翻譯成十五種語言,曾贏得隆普朗克非文學類書獎、惠布瑞德年度最佳童書獎、美國科學作品獎等等獎項。


譯者簡介:
但漢敏
但漢敏,輔仁大學翻譯研究所畢業,現專職翻譯。主要譯作有《我在漢堡店臥底的日子》(商智出版)、《任性創業法則》、《忙碌爸爸也能做好爸爸》(野人出版)、《石油玩完了》(時報出版)等書。

內文試閱:
第一章 城市限速

今天是國定假日,在大型城市銀行擔任小小櫃員的湯普金斯先生睡了個懶覺,好好享受一頓悠閒的早餐。他打算規畫假日行程,首先想到的是下午可以去看電影。湯普金斯打開當地報紙,翻到娛樂版。可是沒有一部電影讓他感興趣。現在大家愛看那些描寫性與暴力的電影,他很不喜歡這種內容。剩下的片子則是假日常見的兒童片。如果能有一部與眾不同的電影,讓觀眾有身歷其境的冒險感,或許還很刺激的話,那該有多好。可惜沒有這種片子。

湯普金斯先生無意間看到版面角落的小告示。鎮上的大學公布了一系列講座,主題是現代物理學的問題。這天下午的講座主題為愛因斯坦的相對論。嘿,這可能很不錯!湯普金斯先生常聽說世上實際了解愛因斯坦理論的人,加起來可能只有一打;或許他將成為第十三個了解這理論的人!因此他決定去參加講座,搞不好這就是他想做的事。

到了大學的大會堂後,湯普金斯先生發現演講已經開始了。講堂裡滿滿都是學生。不過也有部分年紀較長的人士散坐其中,應該都是跟他一樣的一般民眾吧。一位留著白鬍子的高個子男士站在頂掛式投影機旁演講,台下觀眾很專注地聆聽著。這位男士正在向聽眾解說相對論的基本概念。

湯普金斯先生從演講知道,愛因斯坦理論的核心概念就是光速為世上最快的速度,所有實物移動的速度都無法超越光速,因此也產生了很奇特的結果。例如當物體以接近光速的速度移動時,量尺會縮短,時鐘行走的速度也會變慢。不過那位教授也說明,因為光速為每秒三十萬公里(也就是每秒十八萬六千英里),所以很難在一般生活中觀察到這種相對論的效果。

對湯普金斯先生來說,這理論完全與常識相反。他試圖想像接近光速的結果會是如何,不過他的頭也慢慢地往下垂⋯⋯

等他張開眼睛時,發現自己不是坐在講堂椅子上,而是坐在市政府為了等公車的乘客所安置的長椅上。這個小鎮的街道兩邊林列著中世紀學院建築,是個漂亮的老城市。湯普金斯先生覺得自己一定是在做夢,可是眼前景象沒什麼奇怪的地方。對面大學高塔的大鐘指針指向五點。

街上幾乎沒有人,只有一位騎自行車的人緩緩朝他騎來。當自行車騎士愈騎愈近時,湯普金斯先生驚訝地兩眼大睜。那位年輕人和他的腳踏車在行進方向上都變得扁扁的,有如用圓柱體透鏡看到的影像一樣。鐘塔上的鐘響了五響,那位自行車騎士顯然在趕時間,他更加用力地踩踏板。湯普金斯先生不覺得騎士的速度有變快,但騎士卻因此變得更扁,看來就像從硬紙板上剪下的扁平圖片一樣,沿著街道往下騎去。湯普金斯先生突然恍然大悟,自行車騎士就像剛剛聽到的演說內容一樣,因為他正在移動,所以長度也縮短了。他對自己想到的解釋非常滿意。「這裡的自然極限速度一定比較低。」湯普金斯先生做出結論。「我猜絕對不到時速三十二公里。這小鎮根本不需要測速照相機。」此刻剛好有一台救護車從旁邊疾駛而過,但速度卻比自行車騎士快不了多少;雖然救護車閃著警示燈、響著警笛,速度卻跟爬的沒兩樣。

湯普金斯先生想追上自行車騎士,問他變扁是什麼感覺。可是他該如何追上人家?這時湯普金斯先生看到大學牆邊停了一台腳踏車。他想那可能是某位參加演講的學生的腳踏車,稍微借用一下的話,那位學生應該不會在意吧?湯普金斯先生確定沒有人在看之後,就騎上腳踏車,沿著街道加速前進,想要追上那位自行車騎士。

他深信開始騎腳踏車後,自己就會立刻變扁,而且最近他對逐漸擴張的腰圍略感焦慮,所以他也很期待自己能變扁。可是讓湯普金斯先生意外的是,什麼事都沒發生,他跟腳踏車的尺寸、形狀都還是維持原樣。但周遭景象卻變得與剛剛完全不同。街道變短了,櫥窗變窄了,行人瘦削到前所未見的程度。

「哈!」湯普金斯先生興奮高喊。「我懂了!這就是相對性的意思。所有與我相對移動的物品,看來都變短了;不管是誰踩踏板,都會看到這景象!」

湯普金斯先生挺擅長騎單車,他竭盡全力想趕上剛剛的年輕人。但他發現即使他用盡所有力氣踩踏板,加速的程度還是微乎其微。湯普金斯先生的腿開始覺得痠痛,可是他現在經過轉角路燈的速度,卻比剛開始騎車時快不了多少。似乎他想要騎快的努力全付諸流水。他現在了解為什麼那台救護車的速度,會跟自行車騎士差不多了。這時湯普金斯先生想起教授說的話,想要超越光速的極限是不可能的。不過他也注意到,他騎得愈努力,感覺街區就變得更短。騎在他前面的自行車騎士現在看來沒那麼遠了,最後他終於追上那位騎士。當湯普金斯先生與騎士並肩前進時,他轉頭一看,意外發現自行車騎士和腳踏車現在看來都變正常了。

「啊,這一定是因為我們不再相對移動。」他判斷。
「不好意思,」他高喊,「你不覺得住在極限速度這麼低的城市裡,很不方便嗎?」

自行車騎士驚訝地回答:「極限速度?這裡沒有速度限制呀。我愛用多快的速度去哪裡都可以,至少用摩托車取代這台舊腳踏車的話就可以。」
「但是你剛剛從我旁邊經過時,移動速度很慢呢。」湯普金斯先生說道。

「我不覺得那很慢,」年輕人回答,「從我們開始講話到現在,已經通過五個街區了。你覺得這樣還不夠快嗎?」
「你說的也對,但那是因為街區和街道都變短了。」湯普金斯先生辯解。

「這有什麼差別嗎?我們移動速度變快,或是街道變短,結果都是一樣的。我要穿越十個街區才能到郵局。如果我騎得更快,街區就會變短,我也能更早抵達郵局。其實,我們到了。」年輕人說道,他從腳踏車上下來。

湯普金斯先生也停下來。他看到郵局時鐘顯示已經五點半了。「哈!」他得意洋洋地喊道:「我剛剛不是說了嗎?你的速度很慢。你花了整整半小時才穿過十個街區。我最初看到你時,大學鐘塔正好指向五點,現在卻已經五點半了!」

「你覺得有半小時嗎?」對方回問,「這段時間像是半小時嗎?」
湯普金斯先生必須承認感覺並沒有那麼久,似乎才經過不到幾分鐘。而且當他低頭看手錶時,手錶顯示才五點五分而已。「是嗎?」他喃喃地說,「所以是郵局時鐘太快嗎?」

年輕人回答:「也可以這樣說。當然也有可能是你手錶太慢了。手錶是與其他時鐘相對移動的,不是嗎?你到底想怎麼樣?」他有些生氣地瞪著湯普金斯先生。「你是怎麼了?怎麼說話像個外星人一樣。」說完這句話後,年輕人就走進郵局了。

湯普金斯先生覺得很遺憾,如果那位教授可以在旁邊解釋這些奇怪現象就好了。自行車騎士顯然是本地人,從小就習慣這些情況了。湯普金斯先生只好自己研究這個奇特世界。他重新把手錶時間調成與郵局時鐘相同,為了確定手錶沒有壞掉,他還在那邊等了十分鐘。手錶現在跟郵局時鐘的時間一模一樣,一切看來都沒有問題。

他走回街上,來到火車站,他決定根據火車站時鐘再檢查一次手錶。結果手錶又慢了一點,讓他很沮喪。
「天呀,又是相對性。」湯普金斯先生說道,「每次我移動的時候一定都會這樣。真是太不方便了。不管去哪裡都要重新對時,好麻煩。」

這時候,一位打扮體面的紳士從車站出口出來。這位看起來四十多歲的男士四處張望,認出了一位在路邊等待的老婦人,他走上去與老婦人打招呼。讓湯普金斯先生深感意外的是,她稱下車的紳士為「親愛的祖父」。怎麼可能?他怎麼會是她的祖父呢?

湯普金斯先生受到好奇心驅使,走向他們,有些卻步地問道:「不好意思,不知道我剛剛有沒有聽錯。你真的是她的祖父嗎?這樣問很抱歉,可是我⋯⋯」
「喔,我懂了,」男士微笑回答,「或許我該解釋一下,我的工作常常需要出差。」

湯普金斯先生看來還是很困惑,因此那位陌生男士又繼續解釋。「我大部分時間都待在火車上。所以當然我變老的速度就比住在城裡的親戚要慢了許多。每次回來看到我可愛的小孫女,都讓我很開心。抱歉,我們得先走了,不好意思。」那位男士攔下計程車,讓湯普金斯先生獨自面對心中的疑問。

在火車站餐廳吃了幾個三明治後,湯普金斯先生又覺得有精神了。他一邊喝咖啡,一邊沉思著:「對,運動當然會讓時間變慢,所以那位男士變老的速度也比較慢。而且教授也說過,所有動作都是相對的,代表那位男士看來會比親戚更年輕。好極了,一切都水落石出了。」

但他又停了下來,放下杯子。「等等,這樣不對。」他心想。「在那位男士眼中,他的孫女看來並沒有比較年輕,而是比他還老。灰髮沒有相對性呀!這是什麼意思?所有運動都不是相對的嗎?」

他決定再試最後一次,找出個中原因究竟為何。他走向餐廳中唯一一位顧客,那是一位身穿車站制服的軍人。
「不好意思,」他說道,「你可以好心回答我一個問題嗎?請問火車乘客變老的速度比留在定點的人慢那麼多,到底是誰負責的呢?」

「是我負責的。」那位軍人簡單回答。
「真的嗎?」湯普金斯先生高聲說,「怎麼⋯⋯」

「我是火車司機。」對方回答,似乎這樣就能解釋一切了。
「火車司機?」湯普金斯先生重複,「我從小就一直想當火車司機。但是⋯⋯這跟不會變老有什麼關係嗎?」他繼續說,看起來又更加困惑了。

「我不知道,」司機回答,「可是世界就是這樣。是那個大學老師說的。我們之前一起坐在那邊。」他轉頭比向門旁的桌子。「我們在那裡打發時間。他說明了一切。不過太難啦,我完全不懂。但他說那跟加速和減速有關係,至少我還記得這個。他說影響時間的不只是速度,加速也會。每次火車進站、離站,要加速或減速時,就會干擾乘客的時間。沒有坐在火車上的人就不會感到這些變化。因為當火車進入月台時,站在月台上的人不用抓住扶手之類的東西,免得自己像坐火車的人一樣跌倒。因此大家會出現老化的差異。之類的吧⋯⋯」他聳聳肩。

突然有人重重搖了搖湯普金斯先生的肩膀。他發現自己不是坐在車站咖啡廳裡,而是待在聽演講的講堂座椅上。講堂裡燈光昏暗,空無一人。搖醒他的人是工友,他說:「抱歉,先生,我們要關門了。如果你想睡覺的話,還是回家比較好。」湯普金斯先生很尷尬地站起身,走向出口。

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