文／陳輝樺．圖∕希柏來大學提供

一、我們需要一個科學偉人
　　愛因斯坦的科學發現改變了我們對世界的認識，也改變了世界本身。他堪稱世界最具創作力和最高才智的典範，他的名字已成為人類智慧的普遍象徵。他有著深邃的博愛意識，實現了人類最崇高的道德追求。因此，在現今科學英雄典範難尋，世風普遍充斥各種偏差，諸如藐視道德、踐踏操守、追逐名利、扭曲是非、不尊重知識、不尊重個體之際，對人、對社會、對國家都欠缺真誠的愛與關懷。在此之際，我們需要有值得推薦給所有觀眾，尤其是給青少年朋友可以立志學習的榜樣。

二、開創性的重大科學貢獻
　　愛因斯坦對於科學的興趣之濃之廣，對科學的貢獻之大之多，遠非筆墨所能描述。在統計物理學領域、輻射與物質的相互作用領域、光電效應領域（他因為這一領域的研究而榮獲諾貝爾獎，圖1），他的研究和發現都是開創性的，僅憑其中任何一項都足以使他在物理學史上贏得一席之地。為他帶來前所未有聲譽的「相對論」，徹底改變了以前由牛頓提出且已為人們所公認的關於空間、時間和重力的描述。 他的「狹義相對論」提出，真空中光速是恆定的，並適切的說明長度、時間和質量的縮短或膨脹。這一理論還意味著質量和能量是等值的，即它們是可以相互轉換的。他的「廣義相對論」說明了質量如何能夠彎曲時空本身的結構，是重力的理論框架。

三、廣義相對論在宇宙論中、新天文學中的重大科學貢獻
　　雖然在20世紀初期愛因斯坦與其理論的傳奇旋風越來越蓬勃，但廣義相對論這門科學卻因為複雜的微分幾何數學計算，與不知該如何運用而停滯數十年毫無成果。直到1960 年，Robert V. Pound 與 Glen A. Rebks, Jr. 首次在實驗室中成功地測到「光的重力紅位移」（Gravitational red shift），也就是測得光在重力場中傳播時的頻率（波長）變化；以及在 1960 年 9 月，Thomas Matthews 和 Allan Sandage 拍攝到60億光年外且以極高速遠離（因紅位移）我們的類似星球之無線電波源3C48，簡稱為「似星體」等發現開創了物理學新領域。接著在1965年的「宇宙背景輻射」、1967 年的「脈動電波星」、1971 年的可能存在「黑洞」之X射線源的發現，更顯示出尋找「廣義相對論是不是相對論天文學的正確基礎？還是另有其他新的理論呢？」來解答越來越多的天文觀測上的新發現之急迫性和重要性。終於大家體驗到該是真正瞭解與運用「廣義相對論」──無疑問地是自然界中重要基本理論的時機了（圖2），而開啟了新天文學的燦爛一頁。

四、愛因斯坦在八十多年前提出的黑暗能量正在加速宇宙擴張的理論
　　在最近的幾年裡，不但對於1960、1970年代的天文學上的發現有了更多的觀測和瞭解，陸續又有了新的天文現象重大發現，如 「γ射線暴發」、黑洞兩極的噴流、重力透鏡、微重力透鏡、星系互碰、微中子等發現的解釋，都離不開愛因斯坦的廣義相對論的理論探討和演算。更令人吃驚的是在去年4月美國太空總署發布新聞指出，從哈柏望遠鏡所觀測到一顆形成於100億年前的超新星，仍持續地加快速度遠離我們。也就是說，宇宙擴張的速度並未減緩，而是愈來愈快。這新證據支持了愛因斯坦在八十多年前提出的神祕「黑暗能量」正在加速宇宙擴張的理論。科學家指出，解開「黑暗能量」之謎可能是瞭解時間、空間 、物質與能量本質的關鍵。他們估計，黑暗能量約占宇宙的三分之二，但他們仍完全不知道它到底為何物，也尚不知直接觀測和研究它的方法。這些事件不得不讓我們再度思想起愛因斯坦是如何有此超乎世人智慧近百年之遙的先見之明。

五、愛因斯坦最後的夢：「萬物至理」（TOE）理論
　　在愛因斯坦生命的最後30年，他把科學興趣主要放在發展「統一場論」（Unifield Field Theory）（圖3）方面，試圖仿製 19 世紀最偉大的數學家和物理學家馬克士威（James Clerk Maxwell ,1831~1879）於1864年統合了原有電學和磁學的理論完成完整的電磁理論， 期盼在一個更廣泛的數學結構中解釋重力與電磁學。雖然愛因斯坦為此花費相當長的時間，但因為他忽略了原子核內「強作用」和「弱作用」的影響而沒有成功，僅成為愛因斯坦努力發展統一場理論的夢想。這也是他留給科學家最重要的遺產。直到1953年，楊（振寧）密（Mills）規範場（Yang-Mills gauge field）首先介紹物質中電荷的量子規範守恆，而導引了1973年Sheldon Glashow、Steven Weinberg、Abdus Salam 的「弱（弱作用力）電（電磁作用力）作用力（Electroweak force）統一」成功，以及1974年Howard Georgi、Sheldon Glashow 所推導涵蓋強作用力的單一「大統一理論」（Grand Unified Theory, GUT）。但仍不知需再等到何時、如何才能與「重力」統合，而完成愛因斯坦「萬物至理」(A Theory Of Everything, TOE)理論最後的夢呢？

六、愛因斯坦的教育學習背景和教學理念
　　你是不是認為愛因斯坦如此有智慧必定是從小就聰明絕頂、比別的小孩活潑呢？正好相反，其實愛因斯坦並非從小就是資優生，甚至他的家人還擔心他的學習如此緩慢是不是有學習障礙呢（圖4）？他的父親及叔叔雖激發了他早期對數學及科學的興趣，使他能靜心地觀察大自然的變化，並能細心思索而窺知當中他人疏忽的自然界規律。我們從愛因斯坦對學校教育的一些批評可略知他在學習過程中所培養出對於「大自然的科學靈感」。他認為知識是死的，而學校該提供的是生活所需的技能。

圖1.1921年，愛因斯坦榮獲諾貝爾物理學獎，斯德哥爾摩瑞典皇家科學院頒發的證書。	圖2.美國國會圖書館提供，作者為克利弗德‧肯尼迪‧白利曼（Clifford Ken-nedy Berryman）於1930年12月12日的漫畫。	圖3.1946年，愛因斯坦在普林斯頓家中努力發展統一場理論時期的照片。

七、音樂與休閒生活是尋求大自然科學靈感的來源和鑰匙
　　音樂，可以說是人們心靈的呼喚、人類感情的昇華、科學與藝術的結合，也可以說音樂不過是聲波的一種綜合表現而已。但對於畢達哥拉斯（Pytha-goras）和愛因斯坦而言，音樂又是什麼呢？畢達哥拉斯和愛因斯坦都瞭解到運用音樂來與大自然互動的重要性，音樂不但成為他們休閒的重要項目（圖5），也是尋求大自然科學靈感的來源和鑰匙。

八、和平理念與人道主義
　　除了物理外，愛因斯坦有最執著的追求，那就是從1914年到他去世的 40 年中，他一直滿懷激情地倡導消滅戰爭，並以自己的名譽和熱情宣導和平主義。回顧他生命中的這一時期，可知他是個具有人道主義思想的人。

九、「換個角度思維」是近代科學的重大轉折關鍵所在
　　愛因斯坦是一個很有影響力的傳奇人物，一個全世界的文化偶像。 據說，他是個矛盾的人物：既是天才又是傻瓜，既是智叟又是稚童，既是魔法師又是哲學家。1919 年 11 月，他的廣義相對論被證實的轟動消息見諸報端，愛因斯坦一夜成名。愛因斯坦是世紀風雲人物、是偉大的物理學家、是和平理念的人道主義實踐者，但他的生活態度、對待兒童的態度和對於大自然的想法又是如何呢？讓我們換個角度來思維，這位近代科學偉人的生活點滴及他對科學研究與和平自由的執著與他的浪漫人生態度。