物理學的演進

名人推薦：林厚進│賽先生科學工廠創辦人
張慶瑞│國立臺灣大學物理學系特聘教授
陳育詮│松山高中物理教師
超級Y│Youtuber說書人
楊儒賓│國立清華大學哲學研究所暨通識教育中心講座教授
趙軒翎│《科學月刊》副總編輯
鄭國威│泛科學知識公司知識長
簡麗賢│北一女中物理教師
（依姓名筆畫排序）

「20世紀上半葉，量子理論改變了物理學的景觀，就像電磁學一個世紀前所做的那樣。在《物理學的演進》中，愛因斯坦和英費爾德從風暴中心描述了這場革命。今天我們已經很習慣接受量子力學的概念，因此很容易忘記當初我們從量子角...

【推薦序】深入淺出的物理史科普書
我喜愛閱讀科普書，課暇也撰寫科普文章。好讀的科普書應是「曲高未必和寡，深入何妨淺出」。
收到商周出版社主編寄來《物理學的演進》文稿，放下手邊工作，迫不及待，先睹為快，沉浸在古典與近代物理發展史的思維中。
這是一本很特殊的物理史科學普及經典書，愛因斯坦共同撰寫，幾乎沒有數學公式，深入淺出，饒富趣味。這本科學史代表作，是愛因斯坦詮釋古典和近代物理的觀點，也是高中生和一般讀者認識「量子力學」和「相對論」的入門書，值得閱讀和珍藏。
教育部十二年國教高中課程綱要中，揭櫫基礎物理的設計精神，以「物理學家發想過程的故事為主，基礎物理通才知識為輔」，更清楚揭示「高一物理課程針對全年級全領域學生設計課程，編排以文組取向學生容易接受和吸收的教材為目標，希望全體學生接受的是物理發展的精神與傳承，而非只是比較片段不連貫的科學知識」。誠哉斯言，新課綱必修物理課程內容，強調學生學習的重點之一是連貫的物理演進發展史。這是正確的思維，透過閱讀物理學史，能讓學生獲得更全面的物理史觀。
物理學的發展，歷史悠久，具有理論探討與實驗驗證的對象，建立脈絡相承的理性論述方法，以及追求真理、實事求是和謙遜客觀的科學態度等特質。愛因斯坦和英費爾德合著的《物理學的演進》，在1938年問世，儘管是年代較早的科普書籍，但透過愛因斯坦的詮釋，更能讓現今的讀者了解物理史發展的全貌，包含伽利略、牛頓時代的運動理論，現代的場論、相對論和量子論，可說將物理學演進歷程，一以貫之，引導讀者認識物理學家的思維方式。
《物理學的演進》一書，擷取物理學發展的重要轉捩點，以「演進」的角度貫串古典與近代物理學的發展，清晰梳理重要的科學脈絡，指引讀者物理學發展的精神與科學脈絡的傳承。閱讀《物理學的演進》，正符應十二年國教新課綱「以物理學家發想過程的故事為主，基礎物理通才知識為輔」的設計方針。
十二年國教新課綱的必修物理學習內容說明，「科學家面對問題時，抱持理性、客觀、好奇心及不妄下決斷等思考方式和科學態度」，閱讀《物理學的演進》後，能知道從事科學工作應不固執己見、不盲從附和及不妄下決斷，一切依據共同依循的客觀實驗，判斷標準。科學沒有權威，科學也非萬能，科學有其範疇與限制。面對其他不是探討物質世界的領域，科學家必須抱持謙虛、敬仰與尊重的態度。
110年高中學生升大學的「學科能力測驗(學測)」甫落幕，物理試題取材「牛頓力學」、「焦耳與能量」、「電流磁效應」、「電磁感應」、「電子的物質波(機率波)」等主題，這些內容的脈絡說明正好是《物理學的演進》一書的重點。
建議高中學生學習課綱內容時，不妨搭配閱讀科普書籍《物理學的演進》，建立更完整的物理概念和科學思維，或許還能體悟「細推物理須行樂，何須浮榮絆此生」的閱讀之樂。
北一女中物理教師、科普作家
簡麗賢

【推薦序】深入淺出的物理史科普書
我喜愛閱讀科普書，課暇也撰寫科普文章。好讀的科普書應是「曲高未必和寡，深入何妨淺出」。
收到商周出版社主編寄來《物理學的演進》文稿，放下手邊工作，迫不及待，先睹為快，沉浸在古典與近代物理發展史的思維中。
這是一本很特殊的物理史科學普及經典書，愛因斯坦共同撰寫，幾乎沒有數學公式，深入淺出，饒富趣味。這本科學史代表作，是愛因斯坦詮釋古典和近代物理的觀點，也是高中生和一般讀者認識「量子力學」和「相對論」的入門書，值得閱讀和珍藏。
教育部十二年國教高中課程綱要中，揭櫫基...

【原序】
開始閱讀前，你也許會期待我們回答一些簡單的問題：本書寫作的目的是什麼？這本書的理想讀者是什麼樣的人？
如果要直接給出清楚的答案，同時又要具有說服力，那大概不太容易。這個問題留到本書的結尾會比較好回答，雖然稍嫌拖泥帶水。我們發現，反過來說這本書不是出於哪些想法而寫的，會容易許多。我們不是要寫一本物理學的教科書，本書不會系統性地教授基礎物理現象和理論。反之，我們想要概略地描繪人類心智尋找觀念世界和現象世界之間的連結所付出的努力。我們試著說明，促使科學因應世界的現實進而發明新觀念的作用力。但是我們的做法必須是簡潔的。在現象與觀念的迷宮之中，我們必須找出在我們看來既重要又有特色的捷徑。這條捷徑以外的現象和理論必須被捨棄。受限於這幾項目的，我們能選擇的現象與觀念是有限的。
問題的重要性並不在於我們花了多少篇幅來說明。我們之所以忽略某些基本的思考過程，並不是因為我們認為它們不重要，而是因為它們不在我們選擇的路徑上。
在本書的寫作過程，我們花了很多時間討論理想讀者的性質，也很擔心這位讀者。關於這位理想讀者，我們假設他雖然沒有任何紮實的物理學和數學背景，卻仍有很多的優點。我們發現他對物理學和哲學的想法深感興趣，也不得不敬佩他掙扎著走過那些既不有趣，甚至更加困難的路徑。他明白，若想理解本書的任何一頁，就必須細心讀完前面的頁數。他知道一本談論科學的書，即便是科普書，也不能用小說的閱讀方式來讀。
本書是讀者你和我們之間輕鬆的對談。你對本書的看法也許有很多種，無聊或有趣，單調或覺得興奮，但富有創造力的人類心智，為了對規範物理現象的定律有更深、更廣的理解，就會持續奮鬥下去。如果接下來的篇幅能使你對這段奮鬥過程有了某種感觸，我們的目的就算達成了。
阿爾伯特．愛因斯坦
利奧波德．英費爾德
【新版序】
本書的初版於20多年前問世。後來，本書主要作者愛因斯坦逝世了──他可說是有史以來最偉大的科學家，也是最親切的人。在初版發行之後，物理學有了空前的進展。這點只要提到核物理學與基本粒子理論，以及太空探索的進步就足以說明。然而，本書必須改動的地方很少，因為它只探討物理學的主要觀念，而這些觀念基本上還是不變的。在我看來，只需要稍做幾個小小的修正就夠了。
第一：本書探討的是觀念的演進，而不是對歷史的說明。因此，本書提到的年代通常是約略的，並且用的是「多少年以前⋯⋯」的形式。例如第4章「量子」的「光譜」一節，我們寫到波耳的理論「在25年前成形⋯⋯」。由於本書初版是在1938年問世的，所以「25年前」指的是1913年──波耳發表論文的那年。讀者應該記住，所有類似的用詞都是針對1938年而言。
第二：第3章「場，相對論」的「以太與運動」一節中，我們寫道：「除了我們必須以每秒400碼左右的速度奔跑之外，剛剛的例子沒有任何不合理的地方。我們大可以想像，未來的科技發展將讓這樣的速度變為可能。」如今，大家都知道噴射機已經達到超音速了。
第三：在同一章的「相對論和力學」一節中，我們寫道：「⋯⋯從最輕的氫原子，到最重的鈾原子⋯⋯」這種說法現在不正確了，因為鈾已經不是最重的元素。
第四：同樣在第3章的「廣義相對論與驗證工作」一節中，我們寫到水星繞日運動：「我們看見這個現象有多微小，也看見在比水星更遠的行星上要找到這個現象的痕跡，希望有多渺茫。」近年的測量已經發現，這個效應不只發生在水星上，其他的行星也有。這個效應非常微小，但似乎與理論符合。或許在不久的將來也可以在人造衛星上檢驗出這個效應。
在第4章「量子」的「機率波」一節，我們寫到單一電子的繞射：「這項實驗同樣是理想實驗，這應該不用強調了。它可以存在於想像，但無法在現實中重現。」值得一提的是，在1949年，蘇聯物理學家法布里坎特（V. Fabrikant）教授與他的同事進行了一項實驗，觀測到了單一電子的繞射。
只要修改這幾處，本書就成為最新版本了。但是我不願意把這些小修正寫到本文裡，因為我覺得，與愛因斯坦合寫的一本書，就應該讓它保持原樣。我非常欣慰，在他逝世之後，這本書仍能像他所有的著作一樣繼續流傳下去。
利奧波德．英費爾德
1960年10月於波蘭華沙

【原序】
開始閱讀前，你也許會期待我們回答一些簡單的問題：本書寫作的目的是什麼？這本書的理想讀者是什麼樣的人？
如果要直接給出清楚的答案，同時又要具有說服力，那大概不太容易。這個問題留到本書的結尾會比較好回答，雖然稍嫌拖泥帶水。我們發現，反過來說這本書不是出於哪些想法而寫的，會容易許多。我們不是要寫一本物理學的教科書，本書不會系統性地教授基礎物理現象和理論。反之，我們想要概略地描繪人類心智尋找觀念世界和現象世界之間的連結所付出的努力。我們試著說明，促使科學因應世界的現實進而發明新觀念的作用力。但...

推薦序　深入淺出的物理史科普書
新版序
原序

第1章　機械觀的興起
偉大的解謎故事
第一條線索
向量
運動之謎
還有一條線索
熱是物質嗎？
雲霄飛車
轉換率
哲學背景
物質的動力理論
本章結語

第2章　機械論的式微
兩種電流體
磁流體
第一個難關
光的速度
光作為一種物質
色彩之謎
波是什麼？
光的波動說
光波是橫波還是縱波？
以太和機械觀
本章結語

第3章　場，相對論
場作為一種表示法
場論的兩根支柱
場的真實
場與以太
力學的框架
以太與運動
時間、距離、相對論
相對論和力學
時空連續體
廣義相對論
電梯內，電梯外
幾何與實驗
廣義相對論與驗證工作
場和物質
本章結語

第4章　量子
連續，不連續
物質和電的基本量子
光量子
光譜
物質波
機率波
物理與現實
本章結語

推薦序　深入淺出的物理史科普書
新版序
原序

第1章　機械觀的興起
偉大的解謎故事
第一條線索
向量
運動之謎
還有一條線索
熱是物質嗎？
雲霄飛車
轉換率
哲學背景
物質的動力理論
本章結語

第2章　機械論的式微
兩種電流體
磁流體
第一個難關
光的速度
光作為一種物質
色彩之謎
波是什麼？
光的波動說
光波是橫波還是縱波？
以太和機械觀
本章結語

第3章　場，相對論
場作為一種表示法
場論的兩根支柱
場的真實
場與以太
力學的框架
以太與運動
時間、距離、相對論
相對論和力學
時空連續體
...