從宇宙的誕生、黑洞的玄機,到時光旅行的可能性,一趟奇妙又絢麗的星際之旅,在生活裡發現科學的樂趣!
想想看,在金星上打網球、在行星上微波紅茶,會是什麼樣子?
一公尺的時間有多長?一秒的空間又有多大?
最直的路徑不一定是最短的距離?
從月球上拋下錘子和羽毛,哪個會先落地?
一切都是相對的嗎?什麼是真正絕對的?
在我們的生活裡,其實處處隱藏了奇妙宇宙中的奧祕!
你是否想過,宇宙是自行創生的嗎?宇宙到底有沒有開端?倘若宇宙有開端,那麼之前有什麼?它有窮盡之日嗎?時光旅行可能成真嗎?
再想想,為什麼沒有東西能快過光線?地球消失了,為什麼月亮會知道?把東西向上拋,它一定會掉回來嗎?還有如何斷定在不同地點發生的兩件事是「同時」發生的?
你知道嗎?時間的流逝速率不是等速的!坐上下墜的電梯不一定會摔成肉餅!在雨中撐傘的角度,竟也能帶給我們物理學的啟發?……
科普大師沃夫森教授帶領我們踏上知性豐富的科學之旅,進入令人難以置信的奇妙宇宙──而這場盛大的知識饗宴,正來自於愛因斯坦的相對論。沃夫森教授以淺顯的生動筆調,說明愛因斯坦相對論的簡單基本原理,從嶄新的觀點探討時空的本質。
在日常生活中發現科學奧祕,前進未來、遨遊宇宙!
章節試閱
地球不見了,月亮會知道?
假定地球突然消失。那麼在四十萬公里之外的月球,會如何、何時「知道」應該放棄圓周軌道(這是地球重力所造成的),並開始以直線運動,也就是牛頓定律告訴我們,當月球不受外力影響之時所該採取的路徑。就牛頓的觀點,若真有其事,月球應該會立刻知道地球不見了,因為根據牛頓對重力的描述,地球重力會「向外伸出」並跨越沒有東西的太空,瞬間就「拉住」月球。一旦把地球挪走,那種拉力(重力)就會立刻消失。牛頓的這種觀點稱為超距作用(action at a distance),理由很明顯。
另外還有一種觀點來看地球和月球的互動,乍看之下,這種觀點或許是相當複雜抽象,實在沒有必要。不過,隨後當你逐步培養出光學知識,這在你的進步過程中就會極端重要,而且在討論相對論的來龍去脈之時,這也絕對不可或缺。就算在初步階段,或許你就會察覺,這項新觀點具有更完滿的哲理。
底下就是這項觀點:若把重力描述為一種超距作用,那麼月球必然是當下就能了解,遠方地球出現了什麼狀況。但是這怎麼辦得到呢?倘若月球只需要知道眼前鄰近地區的現象,並只對局域狀況作出反應,那就會可信得多。進入「場」的概念。我們想像地球會產生出一種作用,稱為重力場(gravitational field),並影響及於其周圍的所有空間。把某個物體擺在地球附近,就會在那個位置感受到地球重力場,而不是被什麼神祕的超距作用所拉扯。物體會感受到朝向地心的作用力,從而對那種場作出反應;該作用力的強度,就要看物體的質量和重力場的強度而定。既然距離地球愈遠,重力就會隨之遞減,重力場的強度也必然是如此。我們可以在場中選擇定點,並由此畫出箭頭來顯示其強度和方向,這樣就能描繪出重力場。
當我們介紹場的理念時,就是拋掉了簡潔卻含有晦澀哲理的超距重力概念。改用場的概念來說,作用力是在局域形成,產生自空間裡的任何一點的重力場。地球並不是直接施力,而是在附近產生一種重力場,物體則是對場作出反應。這種觀點很複雜,卻增加了一種嶄新的單純特性:這樣一來,物體就不必知道遠距某處的狀況,而只需要了解眼前附近所發生的事情。
當然了,最後的結果還是不變。月球、太空船,還有墜地的蘋果,舉止還是會一如牛頓的預測。只有我們對這種發生過程的敘述要改變,如今這類物體都是就所在位置,對地球的重力場做出反應,而不是對地球做反應。不過,到目前為止,超距作用和場的觀點所預測的物理結果還是完全一致。
讓我們回到那個問題:萬一地球突然之間消失了?目前我們還不能明確回答那個問題,不過,場的概念至少讓我們還有些轉圜的空間。在地球這個位置發生的事情,對月球並不重要,重點是這會決定月球運動的局域重力場。那麼,當地球消失之時,各地的重力場是否也會跟著消失?或者,那裡的場有某種獨立存在特性,於是要花一點時間,遠在月球位置的場才會得知地球已然滅亡?事實上,答案是後者,我們會在隨後各章探討這點。不過,就目前而言,只要說明場的概念,為我們帶來一種嶄新的重要物理實體—在此而言是重力場,並擁有(至少是暫時的)獨立存在的特性。
地球不見了,月亮會知道? 假定地球突然消失。那麼在四十萬公里之外的月球,會如何、何時「知道」應該放棄圓周軌道(這是地球重力所造成的),並開始以直線運動,也就是牛頓定律告訴我們,當月球不受外力影響之時所該採取的路徑。就牛頓的觀點,若真有其事,月球應該會立刻知道地球不見了,因為根據牛頓對重力的描述,地球重力會「向外伸出」並跨越沒有東西的太空,瞬間就「拉住」月球。一旦把地球挪走,那種拉力(重力)就會立刻消失。牛頓的這種觀點稱為超距作用(action at a distance),理由很明顯。 另外還有一種觀點來看地球和月球...
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