愛因斯坦的通識物理課-科學人雜誌
形上集

愛因斯坦的通識物理課

2009-07-01
- 想了解物理思想史,《物理學的演化》這本書不可不讀。


十多年前,曾聽一位用心於推動通識教育的朋友說,文科學生學習科學不用擔心沒有好教材,也不用擔心師資不足,以通識物理學為例,愛因斯坦與英費爾德(Leopold Infeld)合著的《物理學的演化》(The Evolution of Physics,台灣有兩種中譯本)就可用做課本,書裡沒有任何數學公式,大家都讀得懂,而且物理系每個教師都足以擔任這門課的老師。


我當時聽到朋友這麼說,並不以為意,因為這樣的主張聽起來似乎合理可行。但直到我自己真的開了通識物理課,才真切地體認到朋友的真知灼見,但另一方面,也才知曉事情其實沒有那麼單純。


《物理學的演化》的確是一本極棒的書,每個物理系學生都起碼應該讀過一遍。除了這裡,何處還找得到物理大師以日常的語言講述物理學中重要觀念的變革呢?這本書出版於1938年,起因是英費爾德向愛因斯坦提議兩人合作寫一本物理史,因為這樣的書必然大賣,他們可以平分版稅,賺上一筆。英費爾德是波蘭猶太人,比愛因斯坦小19歲,有數理的天份。因為愛因斯坦幫助來自東歐猶裔的熱忱廣為人知,英費爾德在學生時期即曾求助於愛因斯坦;雖然愛因斯坦無法幫上什麼大忙,但兩人終究相識,並會不定期通信,交換研究統一場論的心得。愛因斯坦後來替英費爾德在普林斯頓高等研究所尋得短期研究職位,兩人加上霍夫曼(Banesh Hoffmann,後來出版過一本愛因斯坦傳記),三人開始合作研究廣義相對論,共同發表過一篇關於廣義相對論中運動方程式的著名論文。


為了尋找財源以續留美國,英費爾德向愛因斯坦提議合作寫書。他知道自己得負擔起實際執筆的任務,但書中的想法必須來自愛因斯坦,這才是最重要的事。他說:「我了解愛因斯坦,知道他絕不會同意只充當個人頭……這本書如果要有任何歷史價值,我只能隱身幕後,讓愛因斯坦充份表達他的看法……至於寫作的苦工以及為了通俗化所需的大量瑣事,我來就可以,不必麻煩他。」英費爾德鼓起勇氣,結巴地對愛因斯坦說出他的點子,愛因斯坦當場同意:「這不是個笨點子,我們就這麼辦吧!」


就這樣,英費爾德記錄下愛因斯坦對於物理的深刻思想。《物理學的演化》分為四章:機械觀的興起,機械觀的衰落,場、相對論,量子;也就是說,這本書從17世紀力學的興起講起,接著介紹如何以力學觀點看待熱的現象,繼而解說電磁場的概念如何出現,然後說明狹義與廣義相對論的時空觀,最後討論奇異的量子世界。


對於愛因斯坦這麼一位物理巨人,我們本來就不應驚訝於他的見識與博學。但能親眼看到他不依賴公式,細心解說一項項基本物理概念,對於每個概念的來龍去脈娓娓道來,對於關鍵思想的轉折有過人之見,我仍不由得感到震撼。我們可以從書中讀出愛因斯坦對於法拉第與馬克士威的景仰,原因是他們兩人創造了全新的語言──場,來描述全新的現象:電與磁。舊的(牛頓力學)語言儘管曾經威力十足,但面對新現象,卻顯得左支右絀,笨拙不堪。


愛因斯坦曾在一篇評論馬克士威貢獻的文章中說:「自然科學的基礎在於相信有一客觀世界獨立於觀察者之外。但是關於這個世界(或「物理實在」)的資訊只能間接來自感官;我們如要了解這個世界,只有藉由推測。因此我們對於物理世界的看法永遠在改變,我們必須隨時準備更換這些看法,以便用最合乎邏輯的完美方式來看待所察覺的事實。」《物理學的演化》就是對於愛因斯坦上述觀點的完整詮釋。任何人要了解物理思想史,一定要讀此書。


 我那關心通識教育的朋友沒說錯,《物理學的演化》的確可用做通識物理課本,因為「深入淺出」這個讚詞完全適用。然而這本書卻並不是每個物理教授隨意拿起就可進教室講授起來,因為物理思想的轉折仍需細細的琢磨,才能駕輕就熟。


# 關鍵字:名家專欄物理形上集
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