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　　百年前由爱因斯坦一手建立的宇宙图象与典范
　　百年后中文世界首部本土创作之相对论科普着作
　　★荣获2016吴大猷科普奖银签奖

　　一百年前，也就是1915年的11月25日，爱因斯坦发表「重力场方程式」，并进而完成了「广义相对论」。这是迄今为止影响人类文明进程至为重大的科学突破，让我们得以有系统地了解这个化育万物的神祕宇宙。

　　黑洞、宇宙膨胀、重力波……这些深奥的宇宙故事，其实与我们的日常生活息息相关。没有「广义相对论」协助修正地面与太空中的时间流逝差异，GPS就不可能帮我们找到正确的目的地。科学，看似遥远，其实很近。

　　适逢相对论百年纪念，中央研究院余海礼教授召集国内多位相对论学者，共同完成了《相对论百年故事》。本书系百年以来，中文世界首部本土创作之相对论科普着作，全书运用生动、简易的叙事方式，搭配多幅精彩图片，深入浅出地解释复杂的科学概念，其中包括银河中黑洞的生成与死亡、宇宙初开的故事，以及我们最终的命运等。借由推动正确的科普知识来破解误解与谬论，启发我们对于科学的兴趣与理性思维的能力。

作者简介

中华民国重力学会 主编

　　学会的宗旨及任务，乃在推动各个相关的重力事业及研究。
　　编译重力图书及发行期刊，修订重力名词。
　　奖励重力科学着述及发明，参加及举办国内外重力科学活动。
　　联系国际重力科学活动及国际重力学家。
 
作者（依姓氏笔划排列）

卜宏毅

　　（中研院天文及天文物理所博士后研究）

江袓永

　　（国立中央大学物理系副教授）

余海礼

　　（中央研究院物理研究所研究员）

李沃龙

　　（国立台湾师范大学物理系助理教授）

巫俊贤

　　（东吴大学物理系副教授）

林世昀

　　（彰化师大物理系教授）

林俊钰

　　（国家实验研究院高速网路与计算中心副研究员）

曹庆堂

　　（淡江大学物理系教授）

陈江梅

　　（国立中央大学物理系教授）

许祖斌

　　（成功大学物理系教授）

游辉樟

　　（成功大学物理系副教授）

聂斯特

　　（国立中央大学物理系教授）

序一：广义相对论一百年/余海礼
序二：迎向第二个百年/游辉樟
序三：历史回顾与展望/中华民国重力学会
 
1 广义相对论百年史 / 聂斯特、陈江梅
探索新视界：广义相对论的发展　
物理与数学的火花：广义相对论诞生　
爱因斯坦的预言：光线弯曲与观测　
宇宙的动、静与宇宙常数项　
重力波存在吗？　
统一场论的追求　
重力能量──对称与守恆　
 
2 宇宙学百年回顾 / 李沃龙、巫俊贤
我的位置决定我的星空　
牛顿的绝对空间　
空间几何大不同　
爱因斯坦的弹性空间　
看似不存在的宇宙常数　
光的红移：德西特效应　
弗里德曼的宇宙演化论　
膨胀的宇宙与创世纪　
空间膨胀的标准模型？　
宇宙大霹雳的发现　
大霹雳宇宙仍有后遗症　
顾史的暴胀宇宙　
量子起伏与宇宙微波　
空间扰动的波澜：重力波　
南极观测：太初重力波的测量　
宇宙真的有起点？　
宇宙原来可以理解！　
 
3 黑洞 /卜宏毅、林世昀、曹庆堂
黑洞概念的萌芽　
史瓦西的数学精确解　
奇异的史瓦西时空与事件视界　
神祕的中心奇异点　
带电的黑洞──两个视界　
潘朵拉的盒子──克尔的旋转黑洞　
黑洞的观测证据　
黑洞与吸积流　
黑洞喷流──壮观的宇宙风景
错综复杂的黑洞生态系统　
寻找黑洞的直接证据　
黑洞热力学　
黑洞资讯弔诡 (information paradox)　
黑洞互补性与防火墙　
黑洞辐射的观测与实验　
为何世间多杞人
 
4 重力波与数值相对论 /林俊钰，游辉樟
广义相对论与重力波　
如何观测重力波　
重力波捎来宇宙的讯息　
数值相对论：计算宇宙的奥秘　
解开自然的法则
 
5 物理中的时空概念 / 江袓永
从牛顿开始　
质「点」是主角　
弯曲的时空与场　
有场论便毋需质点　
量子物理像要改变一切　
「气一元论」──时空就是一切　
微观的世界──量子时空　
不断发展的时空观　
 
6 时间、广义相对论及量子重力 / 余海礼、许祖斌
牛顿、苹果与月亮　
爱因斯坦和他的诺贝尔奖　
时间存在与否？　
四维时空对称与量子重力势不两立　
广义相对论扑朔迷离的一面　
时间起源自量子重力　
古典时空重建　
杞人「忧天」有道理　
重力与标准模型中的杨─密场的类比　
宇宙的初生与时间箭头的方向　
 
延伸阅读与参考文献

1　广义相对论百年史
聂斯特、陈江梅
 
爱因斯坦（Albert Einstein, 1879-1955）是少数具有极高公众知名度的伟大物理学家，美国的《时代杂志》（Times）在1999年推选他为「世纪伟人」（person of the century）。爱因斯坦在物理学上做出了许多划时代的贡献，例如1905年，年轻的他就独立完成了许多开创性的成果，其中有关光电效应（photoelectric effect）的论文，则是开启量子物理（quantum physics）大门的关键性成果，也使他获得了1921年诺贝尔物理奖的桂冠；他是在前往日本访问途中，于开往中途停靠点上海的旅行船上获知此消息。
 
然而，对一般大众来说，爱因斯坦最着名的研究成果就是相对论。他在1905年完成了「狭义相对论」（special relativity），讨论等速运动系统的物理特性，其中由光速不变性的假设所推论出来的「时间膨胀」（time dilation）、「长度缩收」（length contraction）等等奇特效应，可以说是理论物理中十分令人着迷的现象。不过，综观爱因斯坦的科学成就中，描述重力作用的「广义相对论」（general relativity），毫无疑问的是物理学中最激动人心的智慧结晶，让我们听听来自三位诺贝尔奖得主物理学家对广义相对论的赞誉：
 
狄拉克（Paul Dirac, 1902-1984）说：「这可能是有史以来最伟大的科学发现。」玻恩（Max Born, 1882-1970）说：「广义相对论的基础对我而言，直到现在仍然是人类思维上有关自然的最伟大壮举，是哲学洞察力、物理直觉和数学技巧最惊人的组合。」朗道（Lev Landau, 1908-1968）则说：「它应该代表全部现有的物理理论中最美丽的部分。」
 
2015年是广义相对论的100週年诞辰，在这个值得纪念的时间点，我们将借由这篇文章，介绍一些关于广义相对论的发展历史。对于爱因斯坦的生平事蹟，坊间已出版了许多非常好的传记书籍，我们将不再多所着墨。此外，爱因斯坦的研究课题所包含的领域很广泛，本文将只着重于爱因斯坦在广义相对论及其相关领域研究的思路历程，至于他在其他领域的重要工作，则不在本文的讨论范围。
 
探索新视界：广义相对论的发展
 
爱因斯坦在大学时期是一个相当古怪的学生，常常翘课、成绩并不突出，最后勉强达到毕业门槛；他大部分的时间和精力，均致力于独立研究物理学中最前沿的问题。爱因斯坦自己说过，他旷课的时间绝大部分待在家里，以宗教狂热的热诚学习理论物理。至于考试，爱因斯坦则依赖他的同学格罗斯曼（Marcel Grossmann, 1878-1936）在上课时所作的笔记。

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