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《相對論，愛因斯坦教會我們什麼？：圖解20世紀最偉大的科學理論（暢銷新裝版）》



◎日本Amazon物理學類書蟬連「七年銷售排名前百大」，讓網友跪求續集！

◎「原來如此！」──漫畫式圖解愛因斯坦100年「相對論」，一看就懂！

◎日本東北大學二間瀨敏史教授、台大傅昭銘教授聯合審訂！

科技發展日新月異，隨著時代愈進步，我們愈該了解什麼是相對論。

號稱20世紀最偉大的科學理論，本書卻用漫畫圖解方式呈現，

將打破你對科學理論書的刻板印象，讓你不禁大喊──

「終於讀懂相對論了！」

相對論有多重要？

物理學教授摩爾說：「上至變形金剛，下至發電機，只要用到電的地方就有相對論效應存在。」

距今已留傳百年的相對論，其實離我們的生活十分貼近。凡舉現今人車一台的GPS導航系統、臉書打卡、核能發電等等都跟它有關！

人類一百年來的科技發苗栗烤肉食材明及科學發想，它們背後的基礎理論，都與「相對論」脫離不了關係。

本書適合對象：

想了解科普知識的「入門讀者」──漫畫圖解、文字淺白易懂！

為了搞懂相對論而傷透腦筋的「專業讀者」──台、日物理系教授雙重審訂，解釋最正確！

與作者一樣是愛因斯坦迷的科學知識「重度愛好者」──本書從讀者的角度介紹偉大的理論！

相信本書將顛覆各位的認知，輕鬆地理解相對論的偉大之處。

本書特色

本書3大特色

1最易懂！漫畫圖解理論，文字深入淺出，一看就懂！

因為作者本身並非學術界人士，更能夠站在廣大讀者的角度，由淺入深地為讀者解釋「相對論」。再加上活潑有趣的漫畫式圖解，以及延伸補充的Q&A，使得日本Amazon讀者大呼：本書是入門理解相對論的唯一讀物。

2最好讀！舉證實例閱讀不吃力，有助激發你的邏輯力！

書中舉出許多簡單的假設性問題或是以常見的題材作舉例，再也不覺得科學理論艱澀難消化。小題目與公式解說激盪你的腦力，有效輕鬆理解、融會貫通。

3最正確！台日專家學者聯合審訂，解釋相對論最精準！

讓艱深晦澀的相對論更容易消化，本書日文版由日本東北大學物理系二間瀨敏史教授負責審訂。另外，配合中文讀者需求，邀請了台大物理學系傅昭銘教授協助審訂。保證書上每一字、每一句都能夠正確無誤地解釋相對論。

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  作者介紹

  
  
  
  
  
  
  新堂進
  
  1971年生於日本長野縣。專長是程式設計，同時也對物理學很有興趣，閱讀了大量相關書籍。接觸相對論相關著作多達40冊以上，是個不折不扣的愛因斯坦迷。
  
  




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  譯者介紹

  
  
  
  
  陳威丞
  
  輔仁大學日本語文學系、國際貿易與金融學系畢業。現職為日本口譯導遊、日中口譯、翻譯。
  
  審訂者
  
  二間瀨敏史
  
  1953年生於日本北海道札幌市。畢業於京都大學物理所，於英國威爾斯大學卡地夫學院修畢博士課程。現為東北大學物理系天文學專任教授，專長為一般相對論、宇宙論的理論研究。
  
  傅昭銘
  
  台灣大學物理學系教授，比利時魯汶（KUL）大學物理學博士。現任台灣磁性技術協會副理事長，曾任中華民國物理雙月刊主編。
  
  
  
  

相對論，愛因斯坦教會我們什麼？：圖解20世紀最偉大的科學理論（暢銷新裝版）－目錄導覽說明

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  序／你以為的理所當然，其實不然！
  
  第1章什麼是相對論？
  
  1.什麼是「相對」？
  
  2.「時間或空間本身是相對的」是什麼？
  
  3.伽利略的相對性原理
  
  4.光速恆定的法則
  
  5.為什麼光的速度不會變化呢？
  
  6.相對論的兩個基礎
  
  7.花1秒，花不到1秒？
  
  8.「絕對時間」和「固有時間」
  
  9.矛盾的不只如此而已
  
  10.相對論的解答
  
  11.因相對論而發生的事情
  
  Q&A
  
  PLUS什麼是相對性的現象？
  
  第2章等時刻的相對性
  
  1.相對論中的等時刻問題
  
  2.在不同系統發生的「等時刻的相對性」
  
  3.因果關係
  
  Q&A
  
  PLUS相對論的「約定」
  
  第3章時間的延遲
  
  1.時間的延遲
  
  2.「相對性」的另一個意義
  
  3.距離拉開時，時間也會拉開
  
  Q&A
  
  第4章長度的縮減
  
  1.從太空船上看到的「長度的縮減」(1)
  
  2.從太空船上看到的「長度的縮減」(2)
  
  3.在太空站上看到的「長度的縮減」(1)
  
  4.從太空站上看到的「長度的縮減」(2)
  
  5.太空站的對時
  
  6.未來是發生在現在的嗎？
  
  7.所謂「長度的縮減」，就是「空間的縮減」
  
  8.連「現在」也不能夠共有
  
  Q&A
  
  PLUS念相對論頭腦會變好？
  
  第5章相對論的本質
  
  1.時間和空間的概念
  
  2.所謂的座標系的移動是什麼？
  
  3.什麼是特別的？
  
  4.相對論的本質
  
  5.速度是有上限的
  
  6.速度合成法則
  
  7.若以光速移動的話會怎樣呢？
  
  8.時間延遲的程度和長度縮減的程度
  
  9.「伽利略的相對性原理」的原意
  
  10.「相對」還有更廣泛的涵意
  
  11.愛因斯坦的相對性原理
  
  Q&A
  
  第6章E=mc2
  
  1.質量和能量的相對性
  
  2.質量的增大
  
  3.「質量的增大」的例子
  
  4.質量或能量會增大多少呢？
  
  5.質量和能量的等價原理
  
  6.E= mc2
  
  7.將質量變為能量的方法
  
  8.質能不滅定律
  
  Q&A
  
  第7章時空圖
  
  1.時空圖是什麼？
  
  2.「次元」是什麼？
  
  3.類立體時空圖
  
  4.時空圖的畫法
  
  5.「地球的時空圖」和「電車的時空圖」
  
  6.事象
  
  7.時空的本質
  
  8.用時空圖來理解「等時刻的相對性」
  
  9.用時空圖來理解「時間的延遲」
  
  10.使用時空圖理解「長度的縮減」
  
  11.參考系
  
  12.相對論的結論
  
  Q&A
  
  第8章相對論的「前方」
  
  1.「時間的前進」和「長度的延伸」(1)兩艘太空船
  
  2.「時間的前進」和「長度的延伸」(2)「延遲」和「縮減」是依觀點而決定的
  
  3.「時間的前進」和「長度的延伸」(3) 稱之為「場所」的標準
  
  4.雙胞胎的台南 燒烤推薦悖論 (1)加速躍遷
  
  5.雙胞胎的悖論 (2)雙胞胎的悖論
  
  6.雙胞胎的悖論 (3)浦島效應
  
  7.光圓錐 (1)光圓錐
  
  8.光圓錐 (2)光圓錐和因果關係
  
  9.快子 (1)超光速粒子「快子」
  
  10.快子 (2)快子通信
  
  Q&A
  
  PLUS曾經很窮的愛因斯坦
  
  第9章悖論
  
  1.「悖論」是什麼？
  
  2.超光速通信的悖論
  
  3.車庫的悖論
  
  4.兩道光的悖論
  
  5.緊急加速太空船的悖論
  
  6.超光速移動的悖論
  
  7.迴轉圓盤的悖論
  
  第10章從牛頓到愛因斯坦
  
  1.牛頓和絕對空間
  
  2.尋找以太
  
  3.愛因斯坦登場
  
  Q&A
  
  PLUS因為相對論而受益的領域
  
  

作者序

你以為的理所當然，其實不然！

在日本經過三分鐘，在美國也經過三分鐘。同樣地，在地球經過三分鐘，位於宇宙遙遠另一端的仙女座銀河系，應該也經過了三分鐘才對。你一定是這樣認為吧？但事實並非如此。相對論，這是一個顛覆既有常識的驚人理論。也因此常有人認為相對論難以理解。其實不然。只要掌握訣竅，相對論實際上相當簡單。「什麼嘛，原來是這麼一回事」甚至可以簡單到讓人萌生這樣的想法。

雖然，相對論有幾個「陷阱」，但只要不受困其中就沒問題了。當然，它也的確是有點超越常識又有點複雜......

相對論，在解釋該理論時，有三大重點──

第一，說明必須淺顯易懂。這也是本書最高原則。怎麼做才會讓這個理論更簡單？怎麼做才會讓本書閱讀起來更輕鬆，連中學生也能夠理解呢？筆者是抱著這種想法完成本書的。

第二，必須說明理論的本質。這一點非常重要，如果無法瞭解理論的本質，那麼相對論對你而言就只是個「複雜囉嗦的理論」罷了。不過，若能夠掌握這個理論的本質，應該會認為相對論是一個「除此之外，不必多說什麼的單純理論」才是。

接著第三，讓讀者拋棄一般常識。這一點最為重要。無法瞭解相對論的人，絕大多數都是困在這個地方。筆者曾經也是其中之一。

大部分的人都有這樣的觀念：「不管對誰而言，實際的時間間格應該都是一樣的！」大部分的人都把這樣的觀念當作是一種常識。認定這樣的觀念是理所當然的。你應該也這麼想吧？但，這就是相對論最大的陷阱。為什麼相對論受人矚目呢？正是因為它是一個顛覆傳統常識的嶄新理論。那麼為何已經如此受人矚目，還會被視為晦澀難懂的理論呢？那是因為人們沒辦法拋棄既有的常識。其實只要把既有的常識甩掉，相對論將變得很簡單。

筆者之所以寫出這本書，無非是希望讓更多人瞭解上述事實。然後，筆者也希望讓更多人明白，當下理所當然的事情，其實一點也不理所當然。當你察覺到實情的一瞬間，直到目前為止的常識，都將發生180度的轉變。許多的「？？？」，將變成「！！！」。但願你可以體驗到這種震撼，這可是還搞不清楚相對論的人才享有的特權喔。

最後，想向協助筆者的貴人們致謝。包括給予我機會寫下本書的益田總編、接下審訂工作的二間瀨老師。在此向兩位敬上由衷的謝意。

新堂 進

◎什麼是「相對」？



首先，我們就從「什麼是相對」開始談起吧。



「相對」具有一種「依據參考基準來決定」的意義。舉例來說的話，身高就是其中一種。我們常說：「那個人很高」或者「很矮」等。那是依據一種「與平均身高比較」的「隱性參考基準」加以判斷的。（註：參考基準又稱參考座標系）



「相對性」的重點在於，若「參考基準改變，則時間及長度等定義（以後簡稱定義）也會跟著改變」。就算是身高較矮的人，一旦混在小學生之中就會變得比較高。就像這樣，「依據參考基準來定義事物」的情況，便稱為「相對性」。



類似這樣的例子，其實充斥在我們的周遭隨處可見。譬如說在杯子裡的半杯水，要形容它是「多」或者「少」，都是使用相對的看法來決定。



「時間」其實也一樣。「3分鐘」這樣的時間，要把它當成是「長」或者當成是「短」，都是相對的。如果跟廣告的播放時間相比的話就是長，但若跟電影的播放時間相比的話就是短了。



「空間」也一樣。八個塌塌米大小的房間，如果用拳頭來比的話就很大，但用棒球場來比就太小了。



愛因斯坦的「相對論」，其實它的意思就是「時間或空間都是相對性的」。但是，愛因斯坦所說的並非「長」或「短」這種「感覺性」的東西，而是「時間或空間本身是有物理上的相對性」這樣的涵義。



◎「時間或空間本身是相對的」是什麼？



時間或空間本身是相對的。



這句話到底是什麼意思呢？



譬如「長」或是「短」這樣的感覺性形容詞，都只能用相對的看法來決定。可是物理世界中的事物是用「單位」表達的。



比如說，我們常利用「單位」表達空間或是時間。假設在餐廳裡，服務生對你說：「請稍候3分鐘」，感覺上會比「請暫時稍等一下」要來得確定吧？像「暫時」這類的詞彙，含有相對性的意義。經常人們把數秒鐘以「暫時」表達，但也可能將數小時說成「暫時」。



不過在絕對的參考系統而言，「3分鐘」就是「3分鐘」；也就是說，不管你要把它說成是「長的」，或者說成是「短的」，「3分鐘」就是「3分鐘」。不管對象是誰，實際的時間間格應該都是一樣的！



但是，對愛因斯坦而言，事情就不是這樣了。「3分鐘」這樣的間格時間單位，對某個人而言，可能是「2分鐘」；對另一個人而言，則可能會是「5分鐘」。