LIVING SPACE: [show] 愛因斯坦特展全展品秀-2揚名

＿■寫在前面
1.文字類展品展場禁拍，因此文中此類展品照片，均為引用，版權屬於原作者所有。
2.語音導覽逐字稿引用自acoustiguide個人導覽機,版權屬於原作者所有。
3.展覽資訊詳見　愛因斯坦特展天才相對論

＿■2 從不起眼的辦事員到世界知名的科學家
＿＿◆展區簡介(本區展櫃內展品除看板外不得拍攝)
本區主色調為黃色呼應愛因斯坦學術上發出閃光的一年
1990畢業於瑞士聯邦理工學院後2年間愛因斯坦求職無門後來在米勒娃父親介紹下到專利局工作
愛因斯坦邊從事專利局辦事員一邊完成了四篇物理論文一時聲名大噪 1905因此被稱為他的奇蹟之年

【互動】愛因斯坦站在三角講桌(1905)
照片右下為展方特地準備的同款三角講桌,訪客可以藉此cos成愛因斯坦

＿＿◆1905年-愛因斯坦奇蹟之年
愛因斯坦在求職屢屢碰壁後終於在1905年,愛因斯坦26歲,
經葛羅斯曼的父親介紹進入伯恩瑞士聯邦辦公室擔任三等專利審查員
負責審核專利方案工作內容瑣碎但他畢生最重要的靈感都誕生於此時
就在這一年愛因斯坦一連發表四篇論文震撼學界
這些論文證實原子的存在、光可視為一束粒子、狹義相對論對時空的嶄新觀念等
被稱為愛因斯坦的奇蹟之年

【看板】四篇論文:光電效應、布朗運動、狹義相對論、質能守恆公式
論文簡介看起來很艱澀，原文還不是英文，不過展方很貼心，展場後面設有互動-愛因斯坦的理論書，
利用翻動頁面開啟相關理論的投影影片，深入淺出的解說這些理論的意義和實用價值。

◎一個關於光的產生與轉換的啟發性看法
光照到金屬上反射出帶有能量的光電子而光子的能量與其頻率成正比並促進後來量子力學的誕生

◎靜止液體裡的懸浮小粒子運動,需要熱的分子動力理論
1827植物學家布朗觀察到水中花粉不斷隨機運動將此現象稱為布朗運動
但他當時無法解釋為何會產生此現象愛因斯坦則利用統計方式提出理論
主張此現象是因為花粉受到水分子碰撞才會產生證實了液體中有分子的存在
並對後來統計力學的發展奠下基礎

◎關於運動中物體的電動力學
愛因斯坦主張時間與空間是會互換的此理論改變了大眾對時間的認知他提出兩個假設:
以等速運動作相對運動的觀察者會有一樣的物理定律、真空中的光速是常數

◎物體裡的慣性取決於其能量含量嗎
根據狹義相對論愛因斯坦主張質量和能量可以互換後來更推導出著名的質能互換公式 E=mc²

＃余博講物理-量子力學:光電效應

＃布朗運動理想氣體

＃分鐘物理狹義相對論與傾斜的時空

＃分鐘物理愛因斯坦和質能公式(開字幕可顯示中文翻譯)

【文件】決定分子大小的新方法蘇黎世大學1905年博士論文(截圖自 FB特展直播)

【文件】愛因斯坦自述
母校百年校慶時愛因斯坦應邀而寫提及對Marcel Grossmann的感謝葛羅斯曼是愛因斯坦的同學之一
上課筆記詳細工整愛因斯坦常向他借筆記來應付考試可以說能畢業都靠他
且推論廣義相對論時葛羅斯曼也協助數學方面比較弱的愛因斯坦解決非歐幾何等算式
所以特地在公開演講時表達對葛羅斯曼的感謝連自己的論文序都不忘提及

＿＿◆廣義相對論的確認
【看板】廣義相對論(1916)
他主張「重力不是一種力,而且宇宙沒有一個固定結構」,直接挑戰牛頓物理世界觀
他認為重力是時空平面彎曲的產物,其中的空間時間合而為一,稱為時空
當時普遍不接受愛因斯坦重力波的論點,直到1919日全蝕照片才證實
太陽重力會改變遙遠恆星發出的光的路徑,引發各家媒體爭相報導,愛因斯坦成了名人
媒體把愛因斯坦渲染成取代牛頓理論的人，不過牛頓的理論其實並不是就"錯"了，
只是在牛頓提出時，他的部分論點還不夠嚴謹精確，後來有更多觀察方法、工具，
"挑戰""質疑"甚或"取代"當然就會接踵而來，這只是說明了科學的日新月異，
以及科學家們不輕易滿足於所謂理論學說的說法而已。

【展品】
展場中展出廣義相對論相關的幾篇論文，但因此類展品不能拍照，
所以借FB特展直播畫面截圖來代表。
簡單來說，廣義相對論是個能精確解釋天體物理學的一套理論，
並延伸出可解釋潮汐現象的理論、重力場等。

＃愛因斯坦-廣義相對論論文原文
＃維基百科/廣義相對論入門 https://zh.wikipedia.org/wiki/廣義相對論入門
＃你也能懂相對論 https://phycat.wordpress.com/2015/03/27/你也能懂相對論
＃動畫說廣義相對論

＿＿◆通向廣義相對論之路

【照片】日蝕
展場中引用了一張日全蝕的照片，上圖左上黑漆漆的那張就是，因為不能正面拍，
在此引用愛丁頓觀察日蝕以檢驗廣義相對論作代表。

【信件】愛因斯坦寫給母親關於研究成功的明信片
為了證明自己的廣義相對論，愛因斯坦連繫上德國天文學家Erwin Freundlich，
1914年7月底,弗倫迪奇與其同伴準備前往俄國觀測日全蝕,但不巧第一次世界大戰爆發,計劃告吹,
關注此事的荷蘭天文學家Willem de Sitter把廣義相對論寄給英國皇家天文學會的Arthur S. Eddington
愛丁頓讀完後理解並加上自己的看法,於1918發表＜重力之相對論報告＞,
1919年愛丁頓所帶領西非遠征隊前往普林斯比島,一早本來下大雨,幸好日全蝕前放晴,
愛丁頓把握時間在5分內連拍16張,另一支前往巴西的遠征隊也拍下日全蝕,
兩相比照下觀察到了光偏折現象，並證實了廣義相對論的假設。
愛因斯坦高興的告訴健康惡化的母親這個好消息。
不過其實在證實之前,愛因斯坦就很確信會有這樣的結果,
當學生追問他萬一證據證明他的理論錯了怎麼辦?
他很平靜的說「那麼我會為上帝感到遺憾，理論還是正確的！」
＃科學人雜誌/形上集/你不相信我嗎 http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=columns&id=3486

(譯文)親愛的母親：

好消息！H．A．勞侖茲寄電報告訴我，英國遠征隊證實了太陽周圍的光線會偏折。瑪雅在寫給我的信中提到，您承受許多苦痛，也鬱鬱寡歡。我多麼想回到您身邊，讓您脫離憂愁的侵擾，但我必須再待在這裡工作一陣子。我也會去荷蘭幾天，向埃倫費斯特致謝，即便晚了好些時日。祝您一切安康。
阿爾伯特敬上

語音導覽#03 愛因斯坦給母親的明信片

「親愛的母親好消息 H.A.勞侖茲寄電報告訴我英國遠征隊證實了太陽周圍的光線會偏折馬雅在寫給我的信中提到您承受許多苦痛也鬱鬱寡歡我多麼想回到您身邊讓您脫離憂愁的侵擾但我必須再待在這裡工作一陣子」 1919年9月27日愛因斯坦寄了一張明信片給他的母親告訴他這個天大的好消息 1919年5月日全蝕發生時英國天文學家亞瑟艾丁頓在西非進行觀測他所拍攝到的照片結果顯示出太陽周圍光線偏折的現象證實了愛因斯坦在1915年底提出的廣義相對論假設也宣告了一個新的科學時代正式來臨 1919年11月牛頓法則被推翻了、會轉彎的光線、彎曲的時空概念、太陽系的重新定義各種標題佔據了新聞頭條版面相對論成為當時的熱門話題加上愛因斯坦獨具特色的外型和幽默機智的談吐從此之後他不再只是科學界的名人更成為一般市井小民所崇拜的明星人物

【書籍】廣義相對論論文: 第一頁與最後一頁
這份廣義相對論的手稿(在此僅展示一部分)以「廣義相對論基礎」為標題，
刊登在當時的頂尖期刊《物理年鑑》(Annalen der Physik)刊登,是愛因斯坦探索廣義相對論的學術結論
堪稱史上最重要與最寶貴的科學手稿，內容針對重力的起源提供了新的解釋。
根據其描述，能量和質量可扭曲時空，所以鄰近的物體會改變運動軌跡。

原稿上保留塗抹痕跡可以看出愛因斯坦的思緒過程首頁感謝論文協助者們
末頁提及光偏折角度為17 愛因斯坦主張光線並非一直直線前進
若遇到質量很大的物體便會產生偏折現象以日蝕時的星象變化來證實其說法
選擇星光是因為象徵遠方而來的光線;選擇日蝕是因為太陽代表質量很大的物體

語音導覽#04 廣義相對論論文

1915年11月愛因斯坦在普魯士研究院發表了廣義相對論這個理論以空間與時間中的扭曲以及彎曲為基礎徹底改寫重力有一位物理學家曾經形容在愛因斯坦描繪的廣義相對論宇宙中空間和時間共同參與演出而活了起來這裡的物質造成了那裡的空間彎曲導致這裡的物質運動又造成遠方的空間產生更多彎曲就這樣一直延續下去空間時間物質和能量共譜宇宙之舞廣義相對論為我們寫出了那舞譜現在我們所看到的論文手稿標題是廣義相對論的基礎曾刊登在1916年5月的物理年鑑上在物理史上具有舉足輕重的地位這份手稿從希伯來大學創校以來就是該效最珍貴的資產之一愛因斯坦在第一頁介紹了幾位幫助他發現廣義相對論的重要人物最後一頁則提到廣義相對論的兩個重要假設一是太陽重力場會使光線弧度偏移1.7角秒二是廣義相對論可以完美解釋水星的運行軌道每個世紀會異常的轉動43角秒的現象

【書籍】廣義相對論論文：水星近日點進動計算頁(截圖自導覽手冊)
簡單來說，運算水星近日點時，原本是依據牛頓力學，但總是會有誤差；
愛因斯坦不滿足於此，運用廣義相對論衍生出重力場方程式，
主張太陽這樣大質量的物體，造成了行星公轉軌道的彎曲，
照著他的公式便可計算出準確的水星近日點。
這也是他用來證明自己的廣義相對論說法有根據的實驗之一，
他運用他的理論算式預測出行星繞著恆星公轉的軌道不是像牛頓說的橢圓那麼簡單，
而是行星繞著橢圓軌道公轉的同時，軌道本身也在繞著恆星進動，天文觀測也證實其說法。
他的計算頁還有一個數字43 他主張水星運行軌道並非一直不變而是會轉動的
43就是愛因斯坦發現水星每世紀會有43角秒的移轉度後來也被證實無誤

1919年11月公布日全蝕觀測結果,證實愛因斯坦的廣義相對論後
舉世譁然媒體紛紛刊為頭條渲染成推翻牛頓提出的力學一舉改變當時對世界的看法
泰晤士報標題-科學革命、紐約時報標題-愛因斯坦的理論贏了
愛因斯坦又有幽默的談吐和直率敢言的性格一躍成為媒體寵兒

當時物理學把牛頓視為神律雖然他強調自己並非革命或推翻牛頓理論而是加以加強補足
但愛因斯坦的廣義相對論確實動搖了牛頓的理論
當時第一次世界大戰結束不久這也被視為身為德國人的愛因斯坦挑戰了英國牛頓
又被英國人艾丁頓證實德國說法有一種跨國界的和諧感

廣義相對論也主張空間和時間必須一起討論質量會改變時空的結構
若整個宇宙空間是一張蹦蹦床在中間放又大又重的保齡球時橡皮薄膜會下陷
此時從床緣放入小彈珠彈珠並不會直線前進而是沿著凹陷的曲面滾向保齡球
若速度和力量合適就能一直繞著保齡球打轉這就是所謂的重力場

＃維基百科/广义相对论的实验验证 https://zh.wikipedia.org/wiki/广义相对论的实验验证
＃廣義相對論驗證之水星近日點進動 https://kknews.cc/zh-tw/science/qee3548.html
＃誰來對我高談闊論「水星近日點進動」驗證廣義相對論
＃大宇宙小故事 39 愛因斯坦之最 https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=29496

【其他展品】截圖自FB特展直播畫面

【看板】黑洞
廣義相對論在天體物理學上，可運用來架構宇宙模型、重力透鏡現象、重力波現象與黑洞，
本區展出黑洞現象的相關展品。
根據愛因斯坦的質量理論，他主張極大質量的物體急遽縮塌成足夠小的空間時，
會產生重力強到連光都無法逃逸的天體，稱為黑洞。
既然沒有光，就表示肉體無法觀測，但科學家仍透過追蹤恆星的運行，
發現恆星繞著一個看不見的星體運行，可能就是黑洞存在的明證。
他也預測黑洞強大的重力場會產生重力透鏡現象，使天體發出的光線因經過黑洞附近而改變路徑，
使遠方天體看起來像發生錯位、重複或變形。

【信件】愛因斯坦寫給德國物理學家史瓦西的明信片(截圖自導覽手冊)
愛因斯坦提出場方程式時，只找到近似解，卻無法找到精確解，
時任德國波茨坦布尼茲天文物理研究所所長的Karl Schwarzschild在1915因病住院休養，
養病時發現了愛因斯坦場方程式的一個精確解，立刻寫信告知愛因斯坦，
展場展出的便是愛因斯坦後來的回信，不過史瓦西旋即在1916病逝。
愛因斯坦的回信中提及「你的計算非常有意思，對這個問題提供了一個相當獨特的證明
我希望你能盡快發表這個結果。沒想到這個質點問題的嚴格解會這麼簡單」大大表揚了他

史瓦西發現到的這個精確解，與球狀星體在球體半徑之外相關，
他引進名為史瓦西半徑的參數，主張物體被集中在史瓦西半徑內時，就會產生黑洞，
以太陽為例，史瓦西半徑約為3km，也就是若太陽因故塌陷到3公里的大小就會形成黑洞
他算出的黑洞則是個不帶電荷不自轉的黑洞後來物理學家也陸續發現更多精確解、更多種類的黑洞，
兩個黑洞彼此會因重力互相吸引，形成一個新黑洞，質量略小於原本質量的相合，
損失掉的部分以重力波的形式釋出，傳遞到宇宙深處。
比如分別有36個和29個太陽質量的兩個黑洞後來因為因故合而為一
相加本應等於65 但形成的新黑洞質量卻只有62個太陽質量這是因為兩個黑洞相融合時
攪動時讓整個空間放出具有巨大質量的重力波剩下的3個太陽質量就是被釋放出去的重力波

電影星際效應(Interstellar)的顧問其中之一Kip Stephen Thorne
曾是2017諾貝爾物理學獎得主負責監督讓劇情不過於科幻仍符合科學
電影中有提及黑洞等物理理論值得一看

＃科普-黑洞是怎么形成的？

＿＿◆愛因斯坦的日常生活
愛因斯坦的理論雖然總是奧秘難懂，但本人卻很"接地氣"，
還曾這樣解釋無線通訊：「無線電報的概念一點也不難理解。
一般的電報就像一隻身體很長的貓，你在紐約這頭拉牠的尾巴，洛杉磯那頭就會喵喵叫。
無線電報也是一樣，只不過沒有那隻貓而已。」

加上他在專利局服務的經驗，研究理論之餘還是熱衷於發明，
有些不怎麼樣，但有些就有替他賺進大把專利費，還用專利費買了房子
包括羅盤、機翼、助聽器、可自我調整光度的相機等，
不管他參與的產品發明到底管不管用，仍可看出其觸角的多樣性。

【看板】愛因斯坦與利奧．西拉德的冰箱
Leó Szilárd是1920年代的匈牙利物理學家，以才華洋溢和發明精神而聞名。
1925和愛因斯坦合作設計家用冰箱，專利申請超過45項，不過沒大賣也沒造成轟動。

【書籍】冰箱相關專利與文件

＿＿◆互動展區1光速腳踏車的時空旅行－讓你輕鬆了解時間膨脹效應
如果有一天，你能夠達到接近光速的速度，你看到的世界會變成什麼樣子？
一起踏上光速腳踏車競速吧！在速度漸漸變快的過程中，周圍的景色、甚至時間都將產生變化，
這就是愛因斯坦「狹義相對論」所提出的理論哦！

所謂時間膨脹根據狹義相對論雙方等速均勻運動下彼此都覺得對方的鐘變慢
廣義相對論則是重力場中低位能的顯得較慢且速度越快時間越長
舉星際效應為例片中男主角為解決地球問題到外太空被拋下的女兒因此無法原諒父親
等男主角終於回來找女兒時相貌依舊保持離去時的樣子躺在病床上的女兒卻已垂垂老矣
電影劇情當然有經過誇大和藝術加工但大致理論是符合的

＃時間膨脹和星際效應

玩法: 最好3人同時踩上腳踏車,踩動後開啟動畫,
讓你實際觀察踩動速度與周遭事物流動速度的差異
一開始會是平地重力狀態最後進入太空失重狀態流動速度是否有差異呢

LIVING SPACE

搜尋blog

留言版

2018年7月23日

[show] 愛因斯坦特展全展品秀-2揚名

沒有留言:

張貼留言