2010年8月1日

奇幻的物理世界

作者/葉偉文(任職台灣電力公司)

加莫夫(George Garmow)是二十世紀最具影響力的科學家之一。他不但是宇宙大霹靂學說的提出者,在數學、化學和生物學上也都有所鑽研,並得到相當的成果,例如在分子生物的基因密碼方面,提出了可驗證的模型。除此之外,他更是一位備受推崇的科普作家。為了向一般人介紹相對論、空間曲度、膨脹宇宙以及原子世界,他創造出一位市井小民,英文姓氏為湯普金斯(Tompkins),名字簡寫是C. G. H.,分別代表光速(C),重力常數(G)及量子常數(h)。由於這些常數不是非常地大,就是非常地小,在一般的物理世界中,我們很難觀察到它們的效應。為此,加莫夫創造了一個奇幻的物理新世界,想像當這些常數變成與日常生活的物理世界相當時,所產生的怪異現象,也藉由誇大渲染這些現象,來幫助我們瞭解這些常數。這就好比將我們變成細胞般的大小,再送入人體內的感覺,這樣我們就能更清楚地瞭解到體內細胞的運作狀態。

這種誇張的比喻,雖然有助於讀者去體會,但往往也會造成某部分的誤解。為解決這個難題,加莫夫又把一些比較正規的解釋,以老教授講稿的方式,在不同的章節相互穿插說明,讓讀者能更清楚物理的概念。

本書《物理奇遇記》在1965年就曾經出版過,當年是由徐氏基金會將它翻譯為中文。筆者因為讀過當年的譯本,這次還特別再閱讀了此書。現在這個版本是史坦納德(Russell Stannard)依據加莫夫的原著加以修訂、改寫的。史坦納德本身也是個很成功的科普作家,有許多廣受歡迎的科普作品。他除了配合時代背景,將原文進行修改之外,另外增加了四個章節,分別介紹了黑洞、加速器、最新的理論進展以及未來有待解決的問題。書中不僅保留原有的風貌,還介紹了近代物理的最新進展,使讀者不致於和最近的科學發展脫節,算是難能可貴的地方。

書的一、二章,介紹相對論中與光速有關的概念。例如:光速是個常數,而且是速度的極限。當運動物體的速度接近光速時,物體的長度、質量都會受到影響,連時間的長短也會跟著改變。但因為光速實在太快了,與日常生活裡碰到的運動速度都相差太多,因此我們無法體會這些改變。於是加莫夫就想像了一個極限速度很小的世界,讓我們瞭解當速度接近其極限時,會發生什麼奇怪的幻象,這是狹義相對論的議題。而三、四章,分別介紹相對論的另外兩個概念,一個是「同時性本身並不存在」,另一個則是「彎曲的空間」,這兩個議題皆和宇宙現象有關,一般認為屬於廣義相對論。這裡也是假設極限速度值很小,接近於日常生活,使得同時性及時間相對性的怪異現象能夠呈現出來。其中,也稍微解釋了「旅行中孿生子年齡差異」的詭論,並對宇宙開放性與封閉性的臨界點做了些說明。【更詳細的內容,請參閱第488期科學月刊】

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