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站在巨人肩上(彩圖版)(絕版) | The Illustrated On the Shoulders of Giants
站在巨人肩上系列
[1111GI006]
作者:哥白尼、伽利略、克普勒、牛頓、愛因斯坦‧著∕霍金‧編、導讀
16開 256頁 平裝
ISBN:986-760-099-1
CIP:320.7
978-986-760-099-8
初版日期:2005年02月14日
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「如果說我看得比別人遠,那是因為我站在巨人的肩上」──牛頓


 我們置身於宇宙中心的那種特權地位已然逝去。
 透過原始文獻經典來追溯人類理解天象的演化歷程,
 這是一段動人心魄的傳奇之旅。

支配宇宙的自然法則為何?星球如何運轉?又是什麼力量讓它們維持在軌道之上?千古以來的人類嘗試追求這些問題的答案,這也使得那些有過人洞察力的科學家們勇於提出他們的獨特見解。在這本彩圖版的《站在巨人肩上》,我們將與五位高瞻遠矚的科學家相遇,他們分別是:哥白尼、伽利略、克卜勒、牛頓,以及愛因斯坦。

本書之所以是前所未有的創舉,在於霍金將五部科學經典以選集的形式匯集在一起,這些巨著使世界科學進程產生革命性變化,全面展示了人類關於宇宙認知的演變歷程。這其中包括了:哥白尼的《天體運行論》、伽利略的《關於兩門新科學的對話》、克卜勒的《世界的和諧》(第五卷)、牛頓的《自然哲學之數學原理》,以及選自論文集《相對性原理》中愛因斯坦的數篇重要論文。

本書摘錄了每本巨著最提綱挈領的原典精髓,搭配大量彩圖與註解,讓我們得以一窺大師們的弘思妙想。編者霍金更精心撰寫了傳記文章,介紹科學巨人們的生平與著作,講述他們所面臨的巨大挑戰,以及如何「站在巨人肩上」,建立起自己的科學王國,從而創作出影響巨大的不朽名作,展現其不凡的人生經歷中人性與科學的諸多面向。這種種不僅可以激發我們對他們的敬畏之情,也讓你我對這個宇宙以及人在其中的位置有更深層的認知。

Stephen Hawking(史蒂芬‧霍金)
史蒂芬‧霍金被認為是自愛因斯坦以來最傑出的理論物理學家,他也做了許多科學普及的工作,是享譽世界的科普暢銷作家。其《時間簡史》(A Brief History of Time)被譯成四十種語言,銷售了數千萬冊,取得科學史寫作史無前例的成功。他後續出版的還有《胡桃裡的宇宙》(The Universe in a Nutshell),以及與索恩(Kip S. Thorne)等人合著的《時空的未來》(The Future of Spacetime)也都獲得極大的迴響。
一九四二年(伽利略去世後三百年)一月八日,史蒂芬‧霍金出生於英國牛津。他起初在牛津大學學院學習物理,並在劍橋大學獲得宇宙學博士學位。自一九七九年起,他一直擔任著盧卡斯數學教授的職位。這個職位是遵照前大學議會議員亨利‧盧卡斯(Henry Lucas)的遺願於一六六三年設立的。首任者是伊薩克‧巴羅(Isaac Barrow),一六六九年由牛頓繼任。擔任該職位的人都被認為是當時最為傑出的思想家。
史蒂芬‧霍金教授致力於研究支配宇宙的基本定律,他與羅傑‧彭羅斯(Roger Penrose)一起證明了愛因斯坦的廣義相對論隱含著時空起始於大爆炸、終結於黑洞的結論。該結果表明,必須把廣義相對論與二十世紀上半葉的另一偉大科學進展──量子理論統一在一起,他發現這種統一會導致這樣的一個結論:即黑洞不應當是全黑的,而是會不斷地發出輻射直到最終消失。另一個猜想是:宇宙在虛時間中是沒有邊緣或邊界的。
史蒂芬‧霍金擁有十二個榮譽頭銜,還獲得許多獎項與勳章,他是英國皇家學會會員與美國國家科學院院士,他在進行理論物理學研究的同時,並沒有忽視家庭生活(他有三個子女和一個孫子),此外他還計畫做廣泛的旅行,並為公眾作演講。


尼古拉‧哥白尼這位十六世紀的波蘭牧師和數學家,往往被認為是近代天文學的奠基人。他之所以能夠獲得如此殊榮,是因為他是第一個得出這樣結論的人──即行星與太陽並非繞地球旋轉。
亞里斯多德和托勒密的宇宙圖景統治達一千多年,其間基本沒有經歷什麼大的改動。直到一五一四年,波蘭牧師尼古拉‧哥白尼才復活了日心宇宙模型。哥白尼只是把它當做一個計算行星位置的模型提了出來,因為他擔心如果主張它是對實在的描述,那麼教會就可能把他定為異端。通過對行星運動的研究,哥白尼確信地球只是另外一顆行星罷了,位於宇宙中心的是太陽。這一假說以日心模型而著稱。哥白尼的突破是世界史上最重大的範式轉換之一,它為近代天文學開闢了道路,並且對科學、哲學和宗教都有著深遠的影響。這位上了年紀的牧師不願洩漏自己的理論,以免招致教會權威的過激反應,所以他只是把自己的著作給少數幾位天文學家看了。到了一五四三年,當哥白尼臨死時,他的巨著《天體運行論》出版了。他活著的時候沒有見證他的日心理論可能造成的混亂。
當《天體運行論》於一五四三年面世時,那些把日心宇宙當做前提的新教神學家攻擊它有悖於《聖經》。他們認為,哥白尼的理論有可能誘使人們相信,他們只是自然秩序的一部分,而不是自然繞之加以排列的中心。正是由於神職人員的這種反對,或許再加上對非地心宇宙圖景的普遍懷疑,從一五四三年到一六○○年間,只有屈指可數的幾位科學家擁護哥白尼理論。
哥白尼是第一個把金星與水星正確定位的人,他極為準確地定出了已知行星的次序和距離。他發現這兩顆行星(金星與水星)距離太陽較近,而且注意到它們在地球軌道內以較快的速度運行。在哥白尼以前,太陽曾被認為是另一顆行星。把太陽置於行星體系的實際中心是哥白尼革命的開始。由於把地球從原本是所有天體賴以穩定的宇宙中心移開了,哥白尼被迫要提出重力理論。哥白尼之前的重力解釋只假定了一個重力中心(地球),而哥白尼卻推測,每一個天體都可能有自己的重力特性,並且斷言說,任何地方的重物都趨向它們自己的中心。這種洞察力終將造就萬有引力理論,但其影響並不是即刻產生的。
到了一五四三年,哥白尼的身體右側已經癱瘓,他的身心狀況也已大不如前。這位完美主義者不得不在印刷的最後階段讓出了他的《天體運行論》原稿。哥白尼委任他的學生雷蒂庫斯處理他的手稿,但是當雷蒂庫斯被迫離開紐倫堡時,這份手稿卻落入了路德教派神學家安德里亞斯‧奧西安得(Andreas Osiander)之手。為了安撫地心理論的擁護者,奧西安得在哥白尼不知情的情況下,擅自做了幾處改動。他在扉頁上加入了「假說」一詞,並且刪去了幾處重要的段落,還摻進了他自己的一些話,這些做法減弱了這部著作的影響力和可靠性。據說,哥白尼直到臨終之時才在弗勞恩堡得到了這本書的一個複本,這時他還不知道奧西安得所做的手腳。哥白尼的思想在以後的一百年裏一直相對模糊不定,直到十七世紀,才有像伽利略、克卜勒和牛頓這樣的人把自己的工作建立在日心宇宙之上,從而有力地消除了亞里斯多德思想的影響。許多人都對這位改變了人們宇宙觀的波蘭牧師做出過評論,在這當中,也許最富表現力的要屬德國作家兼科學家歌德對哥白尼貢獻的評價了:
  
哥白尼的學說撼動人類精神之深,自古以來沒有任何一種發現,沒有任何一種創見可與之相比。當地球被迫要放棄宇宙中心這一尊號時,還幾乎沒有人知道它本身就是一個自足的球體。或許,人類還從未面臨過這樣大的挑戰,因為如果承認這個理論,無數事物就將灰飛煙滅了!誰還會相信那個清純、虔敬而又浪漫的伊甸樂園呢?感官的證據、充滿詩意的宗教信仰還有那麼大的說服力嗎?難怪他的同時代人不願聽憑這一切白白逝去,而要對這一學說百般阻撓,而這在它的皈依者們看來,卻又無異於要求了觀念的自由,認可了思想的偉力,這真是聞所未聞,甚至連做夢都想不到的。
——約翰‧沃爾夫岡‧馮‧歌德



一六三三年,在哥白尼去世九十年以後,義大利天文學家和數學家伽利略被帶到了羅馬,在宗教法庭接受異端罪的審判。指控起源於伽利略的《關於兩大世界體系的對話:托勒密體系和哥白尼體系》(Dialogo sopra Ii due massimi sistemi del mondo: Ttolemaico, e Ccopernicono)一書的問世。在這本書中,伽利略違反一六一六年禁止傳播哥白尼學說的詔令,有力地論證了日心體系不僅是一個假說而且是真理。審判的結果是毫無疑問的。伽利略招供了他在為哥白尼體系辯護時可能做得太過分了,儘管羅馬教廷在以前曾經警告過他。法庭中的多數紅衣主教認為他因為支持並傳授地球並非宇宙中心的想法而有強烈異端嫌疑,於是他們判決他終身監禁。伽利略還被迫簽署了一份手寫的認罪書,並公開否認他的信念。他跪在地上,雙手放在《聖經》上,宣讀了拉丁文的悔過書。
根據傳說,當伽利略站起身時,他輕輕地嘟囔說,「它還是運動著的」(Eppur si muove)。這句話征服了科學家和學者們達若干世紀之久,因為它代表了在最嚴酷的逆境中尋求真理的那種目的對蒙昧主義和高高在上者的有力抗辯。雖然人們曾經發現一幅一六四○年的伽利略油畫像上題有Eppur si muove字樣,但是多數史學家還是認為這個故事是虛構的。不過,從伽利略的性格來看,他還是完全可能在他的悔過書中只對教會的要求作出一些口不應心的保證,然後就回到他的科學研究中去,而不管那些研究是否符合非哥白尼的原理。歸根結柢,把伽利略帶到宗教法庭上去的是他的《關於兩大世界體系的對話》的發表,那是對教會禁止他把哥白尼關於地球繞太陽而運動的學說不僅僅作為假說來傳授之一六一六年教會詔令的一種直接挑戰。Eppur si muove這句話,可能並沒有結束他的審判和悔過,但它肯定加重顯示了伽利略的生活和成就。
伽利略為受審而出現在羅馬。他被迫承認哥白尼學說是異端邪說,並被判終身監禁。伽利略的終身監禁判決很快就減緩為和緩的在家居留,由他從前的學生、大主教阿斯卡尼奧‧皮考勞米尼(Ascanio Picolomini)負責監管。皮考勞米尼允許甚至鼓勵了伽利略恢復寫作。在那裏,伽利略開始了他的最後著作——《關於兩門新科學的對話》(Discorsie Dismostrazioni Matematiche, intorno agrave; due nuoue scienze),這是他在物理學中的成就的一次檢驗。但是在次年,當羅馬教廷聽到了有關這種伽利略受到皮考勞米尼良好待遇的風聲時,他們就把伽利略搬到了位於佛羅倫斯的山區的另一個地方。某些史學家相信,正是在這次轉移時,而不是在審判以後當眾認罪時,伽利略實際上說了Eppur si muove這句話。
這次轉移把伽利略帶到了離他女兒維吉尼亞更近的地方,但是她在患了短暫的一場病後很快就在一六三四年去世了。這一損失壓倒了伽利略,但他終於還能恢復工作來寫《關於兩門新科學的對話》,並在一年之內完成了這本書。然而,教會的審查機關「禁書目錄委員會」卻不許伽利略出版這本書,書稿只好由一位荷蘭出版家路易‧艾耳斯維從義大利私運到北歐新教地區的萊頓,才終於在一六三八年出版。提出了支配著落體的加速運動定律的《關於兩門新科學的對話》一書,被廣泛地認為是近代物理學的基柱之一。在此書中,伽利略重溫並改進了他以前對運動的研究,以及力學的原理。伽利略所集中注意的兩門新科學,就是材料強度的研究(工程學的一個分支)和運動的研究(運動學,數學的一個分支)。在書的前半部,伽利略描述了他的加速運動中的斜面實驗。在後半部中,伽利略考慮了很難把握的問題,即從大炮射出的炮彈的路線計算問題。起初他曾經認為,為了和亞里斯多德的原理相一致,一個拋射體將沿直線運動,直到失去了它的「原動力」(impetus),然後就沿直線落到地上。後來觀察者們注意到,它實際上是沿彎曲路線回到地上的,但是,發生這種情況的原因,以及該曲線的確切描述,卻誰也說不上來——直到伽利略。他得出結論說,拋射體的路徑是由兩種運動確定的——由重力引起的垂直運動,它迫使拋射體下落,以及由慣性原理來支配的水平運動。
伽利略演示了,這兩種獨立運動的組合就決定了拋射體的運動是沿著一條可以用數學加以描述的曲線。他用了一個表面塗有墨水的青銅球來證實這一點。銅球從一個斜面上滾到桌子上,然後就從桌子邊上自由下落到地板上。塗有墨水的球在它所落到的一點留下一個痕跡,該點永遠距桌沿有一個距離。這樣,伽利略就證明了球在被重力拉著垂直下降時仍將繼續以一個恆定速度而水平地前進。他發現這個水平距離是按所用時間的平方而增加的。曲線得到了一種準確的數學形象,古希臘人曾稱之為parabola(後人稱之為「拋物線」)。
《關於兩門新科學的對話》對物理學的貢獻是如此之大,以致長期以來學者們就主張此書開了伊薩克‧牛頓(Isaac Newton)的運動定律的先河。然而,當此書出版時,伽利略已經雙目失明了。他在阿切特里度過了自己的餘年,並於一六四二年一月八日在該地逝世。伽利略對人類的貢獻從來沒有被低估。當阿爾伯特‧愛因斯坦論及伽利略時,他是認識到這一點的。他寫道:「純粹用邏輯手段得到的陳述,對實在而言是完全空虛的。因為伽利略明白這一點,特別是因為他在科學界反覆鼓吹了這一點,所以他就是近代物理學之父——事實上是近代科學之父。」
一九七九年,教皇若望保祿二世說,羅馬教廷可能錯判了伽利略,於是他就專門成立了一個委員會來重理此案。四年以後,委員會報告說伽利略當年不應該被判罪,而教廷就發表了與此案有關的所有文件。一九九二年,教皇批准了委員會的結論。


如果要把一個獎項授予歷史上最致力於追求絕對精確性的人,那麼這位獲獎者很可能就是德國天文學家約翰內斯‧克卜勒。克卜勒對測量是如此地著迷,以至於他甚至把自己出生之前的妊娠期精確到了分──二二四天九小時五十三分(他是一個早產兒)。因此,他在自己的天文學研究上所傾注的心血能夠使他制定出他那個時代最為精確的天文星表,從而使行星體系的太陽中心說最終為人們所接受也就不足為奇了。
哥白尼的著作對克卜勒有很大啟發。與哥白尼類似,克卜勒也是一個宗教信仰很深的人。他把自己對宇宙性質的日復一日的研究視為一個基督徒應盡的義務,即理解上帝創造的這個世界。但與哥白尼相比,克卜勒的生活更加動盪不定、清苦拮据。由於總是缺錢,克卜勒往往要靠出版一些占星曆書和天宮圖維持生活,而諷刺的是,當所做預言後來被證明是正確的時候,這些東西竟使他在當地留下了某些惡名。此外,克卜勒行為怪異的母親卡特麗娜(Katherine)以施展巫術而聞名,並因此差點兒被處以火刑。克卜勒不僅過早地失去了他的幾個孩子,而且還因為不得不在法庭上為自己的母親辯護而受到侮辱。
在十六世紀的時候,天文學與占星術之間的分別還很模糊。身為一名數學家,克卜勒在格拉茨的職責之一就是編寫一部完整的、能夠用來預測的占星曆書。這在當時是一項普通的工作,克卜勒顯然是受到了這項工作所能帶來的額外收入的鼓舞,但他卻沒有料到,自己的第一部曆書會引起民眾怎樣的反應。他預言了一個格外寒冷的冬天和一次土耳其的入侵,當兩個預言都變為現實的時候,克卜勒被歡呼為一個先知。儘管呼聲很高,他卻從未看重自己的編曆工作。他稱占星術為「天文學愚蠢的小女兒」,所以既對民眾的興趣置之不理,又對占星術士的意圖嗤之以鼻。「如果占星術士有可能是正確的話,」他寫道,「那也只能說明運氣不錯。」不過,當手頭緊的時候,克卜勒從來都是轉向了占星術,這在他的一生中屢見不鮮,而且他也的確希望能在占星術中發現某種真正的科學。
《宇宙的奧祕》是自哥白尼的《天體運行論》以來所出版的第一部明確的哥白尼主義者的著作。身為一名神學家和天文學家,克卜勒決心理解上帝是如何設計以及為什麼要設計這樣一個宇宙的。儘管擁護日心體系有著嚴肅的宗教內涵,但克卜勒堅持認為,太陽位於中心對於上帝的設計是至關重要的,因為它使諸行星聯合起來連續不斷地運動。在這種意義上,克卜勒打破了哥白尼的「接近」中心的日靜體系,而把太陽徑直放在了體系的中心。
克卜勒的多面體在今天似乎很難行得通。然而,儘管《宇宙的奧祕》的前提是錯誤的,其結論卻是驚人地準確,它對近代科學進程的影響是決定性的。當這本書出版之後,克卜勒寄給了伽利略一本,勸他「相信並挺身而出」,但這位義大利天文學家卻因其外表上的思辨性質而拒絕了這部著作。而第谷‧布拉赫卻立即被它吸引住了。他認為克卜勒的這部著作很有創見,令人振奮,還寫了一篇詳細的評論來支持這本書。克卜勒後來寫道,人們對《宇宙的奧祕》的反應改變了他一生的方向。
一六○五年,克卜勒公佈了他的第一定律,即橢圓定律。這條定律說,諸行星均以橢圓繞太陽運行,太陽位於橢圓的一個焦點上。克卜勒斷言,當地球沿橢圓軌道運行時,一月份距太陽最近,六月份距太陽最遠。他的第二定律,即等面積定律,則進一步指出,行星在相等時間內掃過相等的面積。克卜勒說,如果假想一條從行星引向太陽的直線,那麼該直線必定在相等時間內掃過相等的面積。他於一六○九年出版的《新天文學》中發表了這兩條定律。
由於心神難以安寧,他不得不把注意力由星表轉到《世界的和諧》(Harmonice Mundi)的寫作。馬科斯‧卡斯帕(Max Caspar)在克卜勒的傳記中,曾把這部充滿激情的著作形容為「一幅由科學、詩、哲學、神學和神祕主義編織成的宏偉宇宙景觀」。一六一八年五月二十七日,克卜勒完成了《世界的和諧》。他用了五卷的篇幅,把他的和諧理論拓展到了音樂、占星術、幾何學和天文學上。他的行星運動第三定律也包含其中,六十年之後,它將啟發伊薩克‧牛頓。這條定律說,諸行星與太陽的平均距離的立方正比於運轉週期的平方。簡而言之,克卜勒發現了行星是如何沿軌道運行的,這樣就為牛頓發現為什麼會以這種方式運行鋪平了道路。
克卜勒確信自己已經發現了上帝設計宇宙的邏輯,他無法抑制自己的狂喜。在《世界的和諧》第五卷中,他這樣寫道:「我要以坦誠的告白盡情嘲弄人類:我竊取了埃及人的金瓶,卻用它們在遠離埃及疆界的地方給我的上帝築就了一座聖所。如果你們寬恕我,我將感到欣慰;如果你們申斥我,我將默默忍受。總之書是寫成了,骰子已經擲下去了,人們是現在讀它,還是將來子孫後代讀它,這都無關緊要。既然上帝為了他的研究者已經等了六千年,那就讓它為讀者等上一百年吧。」
儘管克卜勒從未獲得像伽利略那樣高的聲望,但他的著作對於像牛頓這樣的專業天文學家極其有用,他們會仔細研究克卜勒科學的細節和精確性。約翰內斯‧克卜勒更看重審美上的和諧與秩序,他的所有發現都與自己對上帝的看法密不可分。他為自己撰寫的墓誌銘是:「我曾測天高,今欲量地深。我的靈魂來自上天,凡俗肉體歸於此地。」


一六七六年二月五日,伊薩克‧牛頓寫了一封信給他尖刻的敵人羅伯特‧胡克(Robert Hooke),其中有這麼一句話,「如果說我看得比別人更遠,那是因為我站在巨人的肩上。」這句話已經成為科學史上最膾炙人口的名言,一般認為是牛頓承認了他的前人哥白尼、伽利略和克卜勒的科學發現。的確,有時在公開場合,有時在私下場合,牛頓承認這些人的貢獻。但是在寫給胡克的這封信中,牛頓所指的是光學理論,特別是關於薄膜現象的研究,胡克和笛卡兒(Ren eacute; Descartes)都對此做出過重要貢獻。
有些學者把這句話解釋為牛頓對胡克的一種婉轉的羞辱,因為胡克那躬駝的體形和五短身材實在是與巨人相去甚遠,特別是在報復心極重的牛頓的眼裏。然而,儘管他們之間齟齬良多,牛頓在那封信的結尾處還是採用了一種更加溫和的語氣,謙卑地承認了胡克和笛卡兒兩人的研究的價值。
人們一般認為,伊薩克‧牛頓是無窮小微積分、力學、行星運動,以及光和顏色理論研究之父,但是他本人的歷史地位還是由他對於萬有引力的描述、提出運動和吸引的定律來決定的,這些成就記載在他的里程碑著作《自然哲學之數學原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica,通常簡稱為《原理》)中。牛頓在這部著作裏把哥白尼、伽利略、克卜勒和其他人的科學貢獻融會入一部嶄新的動態交響樂中。《原理》,第一部理論物理學的巨著,被公認為科學史上以及奠定現代科學世界觀基礎的最重要著作。
牛頓只用了十八個月就寫成了組成《原理》的三卷,而且令人驚訝的是,其間他多次深受情感重創——似乎還夾雜著他與其競爭者胡克之間的衝突。報復心令他走得如此之遠,他甚至在書中刪除了所有與胡克的工作有關的文字。然而,他對同行科學家的痛恨也許正是《原理》的靈感之源。
對其著作最微弱的批評,哪怕是隱含在溢美之詞之中的,都會使牛頓陷入黑暗的孤僻中長達數月甚至數年之久。這種孤僻反映出牛頓的早年生活經歷。有些人據此猜測,如果不是膠著於個人爭鬥,牛頓會如何回答這些批評;另一些人則設想,牛頓的科學發現和成就正是他執著於記仇的結果,要是他少一些孤傲,他也許就不可能有這些發現和成就。
《原理》自一六八七年出版伊始就廣受好評,但是它的第一版大約只刊印了五百本。然而,牛頓的死敵羅伯特‧胡克打定主意要剝奪牛頓所能享受到的任何光環。當牛頓寫成第二卷時,胡克公開宣稱,他於一六七九年寫給牛頓的信件為牛頓的發現提供了關鍵性的科學思想。胡克的要求儘管不無道理,但是牛頓極感厭惡,牛頓揚言要推遲甚至放棄出版第三卷。牛頓最終通融了,出版了《原理》的最後一卷,但在出版前不辭辛勞地逐一刪除了書中出現的胡克的名字。
牛頓對胡克的痛恨困擾著他的餘生。一六九三年,他再次遭受精神崩潰的沉重打擊,中止了研究。直到一七○三年胡克去世,他始終沒在英國皇家學會露面。胡克一死他就當選為英國皇家學會主席,此後他每年都連選連任,直到一七二七年去世。在胡克去世前,他也一直沒有出版他的《光學》,這是他關於光和顏色的研究的重要著作,是他影響最為深遠的著作。
伊薩克‧牛頓因為肺炎和痛風死於一七二七年三月。如他所願,他在科學領域裏已沒有敵手。作為男人,他終生沒有與女人發生過明顯的風流韻事〔有些歷史學家懷疑他與一些男人之間有某種曖昧關係,如瑞士自然哲學家尼古拉斯‧法西奧‧德丟列(Nicholas Fatio de Duillier)〕,然而,這並不能說明他對工作缺乏熱情。與牛頓同時代的詩人亞歷山大‧波普(Alexander Pope),用最優雅的文字描寫了這位偉大思想家獻給人類的禮物:

   自然和自然的定律隱藏在黑暗裏,
   上帝說,「讓牛頓去吧,於是一切變得光明。」

牛頓的一生,可謂瑣碎的爭執和無可否認的傲慢自大俯拾皆是,但是他在臨近生命終點時對自己的成就的評價,竟是謙遜得近乎於苛求:「我不知道這世界將怎樣看待我,但是對於我自己來說,我只不過像是一個小男孩,偶爾撿拾到一塊比普通更光滑一些的卵石或者更漂亮一些的貝殼而已,對於真理的汪洋大海,我還一無所知。」


天才並不總是顯而易見的。儘管阿爾伯特‧愛因斯坦後來成為有史以來最偉大的理論物理學家,但當他在德國上小學時,學校校長告訴他的父親,「他幹什麼都不會有什麼出息。」當愛因斯坦二十四、五歲時,雖然他已從在蘇黎世的聯邦綜合技術大學畢業,取得了數學和物理教師的資格,但他卻找不到一個正式的教師職位。後來他已不期望在大學獲得一個職位,只好在伯恩申請一個臨時性工作。透過他一個同學父親的幫助,愛因斯坦在瑞士專利局找到一個公務員的職務,做專利的審查員。他一星期工作六天,年薪六百美元。當他寫蘇黎世大學的物理學博士論文之時,就是這樣維持生活的。
在專利局工作初期,愛因斯坦把他大部分空閒時間都用來研究理論物理學。他寫了四篇重要並有深遠影響的論文,其中提出了在探索和理解宇宙的漫長歷史中若干最重要的思想。再不能像以前那樣看待時間和空間了。愛因斯坦的工作使他獲得一九二一年的諾貝爾物理學獎,以及許多公眾的讚歎。
當愛因斯坦沉思宇宙的運作時,他得到一些理解的瞬間靈感,它們太深奧了,難以用語言表達。愛因斯坦有一次說,「這些思想不是以任何語言的表述出現的,我幾乎很少用語言文字來思考。一種想法出現,以後我才試圖用語言文字表達它。」
愛因斯坦最終定居在美國,在那兒他公開提倡猶太復國主義與裁減禁止核武器等事業。但他始終保持對物理學的熱情。直到他一九五五年去世,愛因斯坦一直在尋求一個統一場論,把引力現象與電磁現象用一組方程式聯繫起來。今天的物理學家繼續在尋求物理學的大統一理論,這是對愛因斯坦想像力的讚頌。愛因斯坦不僅使二十世紀的科學思想發生了革命,而且還超越了二十世紀。
在他一九○五年的最後一篇題為「論動體的電動力學」的論文中,愛因斯坦提出了後來稱之為狹義相對論的理論。這篇文章讀起更像一篇議論文,而不像一篇科學論文。整篇論文沒有注釋、參考文獻和引文。愛因斯坦在正好五個星期之內寫了這篇九千字的論文,然而科學史家認為文中的每一個字就像伊薩克‧牛頓的《自然哲學之數學原理》一樣意義深遠並富有革命性。
正如牛頓對我們理解引力所做的貢獻一樣,愛因斯坦對我們今天的時空觀做出了貢獻,他在這個過程中推翻了牛頓的時間觀念。牛頓宣稱,「絕對的、真正的和數學的時間,它自身,按照它的本性,均等地流逝,與任何外部的事物無關。」愛因斯坦認為一切觀測者都應該測量出同樣的光速,不管他們本身運動得多快。愛因斯坦又斷言,一個物體的質量不是不變的,而是隨著物體的速度而增加。後來的實驗證明,一個小粒子,加速到光速的86%,具有的質量是它靜止時的兩倍。
相對論的另一個推論是可用數學表達的質能關係式,愛因斯坦把它表達為E=mc2。這個運算式——能量等於質量乘以光速的平方——使物理學家理解到,即使很微小量的物質也有潛力產生巨大的能量。所以,只要少數原子的質量的一部分完全轉化為能量,也可以產生巨大的爆炸。因此,愛因斯坦那看來似乎平常的方程式導致科學家設想原子的分裂(原子核裂變)的後果,並敦促政府去研製原子彈。
狹義相對論使時間與質量概念發生了根本性的變化,廣義相對論則使空間概念發生了根本性的變化。牛頓寫道,「絕對空間,按其本性,與任何外部的東西無關,永遠保持相同並且是不能移動的。」牛頓空間是歐幾里得的,無限的,並且沒有邊界的。它的幾何結構與佔有它的物質完全無關。與此完全相反,愛因斯坦的廣義相對論斷言,一個物體的引力質量不僅作用於其他物體,而且還影響空間的結構。如果一個物體的質量足夠大,它能使它周圍的空間彎曲。在這樣一個區域,光線也顯得彎曲。
廣義相對論的確認使愛因斯坦舉世聞名。一九二一年他當選為英國皇家學會會員。他訪問的每個城市都贈予他榮譽學位和獎狀。一九二七年,他開始和丹麥物理學家尼爾斯‧玻爾一起發展量子力學基礎,儘管他繼續努力想實現他的統一場論的夢想。他在美國的旅行導致他受聘為新澤西州普林斯頓高等研究院的數學和理論物理學教授。
一年以後,在統治德國的納粹開始發動反「猶太人的科學」的鬥爭時,他在普林斯頓長久定居下來。愛因斯坦在德國的財產被沒收,他被取消德國國籍,他在大學的職位也被撤銷。在此之前,愛因斯坦一直認為自己是一個和平主義者。但當希特勒把德國變成歐洲的軍事強國之後,愛因斯坦開始相信用武力反對德國是正當的。一九三九年,第二次世界大戰剛開始時,愛因斯坦開始關注德國可能發展製造原子彈的能力——是他自己的研究使這種武器的研製有了可能,因此他感到對此負有責任。他發了一封信給羅斯福總統,警告他德國有可能研製原子彈,並敦促美國開展核武器研究
戰後,愛因斯坦繼續投身於所關注的事業和議題。由於他多年來強烈支持猶太復國主義,一九五二年十一月,以色列要他接受總統的職務。他有禮貌地推辭了,說他不適合這個職務。一九五五年四月,在他去世前一星期,他寫了一封信給哲學家羅素,信中他表示同意在一個敦促一切國家廢除核武器的宣言上簽名。
一九五五年四月十八日,愛因斯坦因心臟衰竭而逝世。綜觀他的一生,他一直致力於用他的思想而不是依靠他的感官來探求理解宇宙的奧祕。他有一次說,「理論的真理在你的心智中,不在你的眼睛裏。」

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