費曼的6堂Easy相對論

出版緣起

導讀　費曼風格，無與倫比　潘洛斯



第１堂課　向量

物理學中的對稱

平移

旋轉

向量

向量代數

以向量記述牛頓定律

向量的純量積



第２堂課　物理定律中的對稱

對稱運作

空間與時間中的對稱

對稱與守恆律

鏡面反射

極向量與軸向量

哪隻是右手？

宇稱不守恆！

反物質

失稱



第３堂課　狹義相對論

相對性原理

勞侖茲變換

邁克生—毛立實驗

時間的變換

勞侖茲收縮

同時性

四維向量

相對論性動力學

質能等效



第４堂課　相對論性能量與動量

相對論與哲學家們

孿生子弔詭

速度的變換

相對論性質量

相對論性能量



第５堂課　時空

時空幾何學

時空間隔

過去、現在、未來

再談談四維向量

四維向量代數



第６堂課　彎曲空間

二維的彎曲空間

三維空間的曲率

我們的空間是彎曲的

時空幾何

重力與等效原理

重力場中的時鐘走速

時空的曲率

彎曲時空中的運動

愛因斯坦的重力論



附錄一　最偉大的教師

附錄二　費曼序

理查．費曼 Richard P. Feynman

1918年，費曼誕生於紐約市布魯克林區，1942年，從普林斯頓大學取得博士學位。第二次世界大戰期間，他曾在美國設於新墨西哥州的羅沙拉摩斯（LosAlamos）實驗室服務，參與研發原子彈的曼哈坦計畫（ManhattanProject），當時雖然年紀很輕，卻已經是計畫中的重要角色。隨後，他任教於康乃爾大學以及加州理工學院。1965年，由於費曼在量子電動力學的成就，與朝永振一郎（Sin-ItiroTomonaga）、許溫格（JulianSchwinger）兩人，共同獲得該年度的諾貝爾物理獎。



費曼博士為量子電動力學理論解決了不少問題，同時他首創了一個解釋液態氦超流體現象的數學理論。之後，他跟葛爾曼（MurrayGell-Mann）合作，研究弱交互作用（例如貝他衰變），做了許多奠基工作。後來數年，費曼成為發展夸克（quark）理論的關鍵人物，提出了在高能量質子對撞過程中的成子（parton）模型。



在這些重大成就之外，費曼博士把一些基本的新計算技術跟記法，介紹給了物理學。其中包括幾乎無所不在的費曼圖，因而改變了基礎物理觀念化與計算的過程，成為可能是近代科學史上，最膾炙人口的一種表述方式。



費曼是一位非常能幹有為的教育家，在他一生所獲多得數不清的各式各樣獎賞中，他特別珍惜1972年獲得的厄司特杏壇獎章（OerstedMedalforTeaching）。《費曼物理學講義》一書最初發行於1963年，當時有位《科學美國人》雜誌的書評稱該書為「……真是難啃，但是非常營養，尤其是風味絕佳，為二十五年來僅見！是教師及最優秀入門學生的指南。」為了增長一般民眾的物理知識，費曼博士寫了一本《物理之美》（TheCharacterofPhysicalLaw）以及《量子電動力學》（Q.E.D.:TheStrangeTheoryofLightandMatter）。他還寫下一些專精的論著，成為後來物理學研究者與學生的標準參考資料跟教科書。



費曼是一位建設性的公眾人物。幾乎家喻戶曉他參與「挑戰者號」太空梭失事調查工作的事跡，尤其是他當眾證明橡皮墊圈不耐低溫的那一幕，是一場非常優雅的即席實驗示範，而他所使用的道具不過冰水一杯！比較鮮為人知的事例，是費曼博士於1960年代中，在加州大學課程委員會任上所做的努力，他非常不滿當時教科書之庸俗平凡。



僅僅重複敘說費曼一生中，於科學上與教育上的無數成就，並不足以說明他這個人的特色。正如任何讀過他即使最技術性著作的人都知道，他的作品裡外都散發著他鮮活跟多采多姿的個性。在物理學家正務之餘，費曼也曾把時間花在修理收音機、開保險櫃、畫畫、跳舞、表演森巴小鼓、甚至試圖翻譯馬雅古文明的象形文字上。他永遠對周圍的世界感到好奇，是位一切都要積極嘗試的模範人物。



費曼於1988年2月15日在洛杉磯與世長辭。

師明睿

普度大學生物化學博士。先後在衛生署預防醫學研究所、中研院生醫所及生農所籌備處從事研究，參與台灣疫苗政策評估規劃、日本腦炎新款疫苗研發、以及中草藥金線蓮藥理之動物研究，現任職於疾病管制局。暇時從事自由翻譯工作。譯作有《費曼的6堂Easy物理課》、《費曼的6堂Easy相對論》、《觀念物理Ⅲ：物質三態．熱學》（皆為天下文化出版）等。



翻譯本書第1～5堂課。

高涌泉／審訂者

加州大學柏克萊分校物理博士。現任臺灣大學物理學系教授，專長為場論與粒子物理，認為量子力學是最奇妙的學問。喜歡柏拉圖、達爾文、愛因斯坦、費曼、魯迅的作品，也喜歡看各式各樣的電影與棒球比賽。除了學術論文以外，著有《另一種鼓聲：科學筆記》、《武士與旅人：續科學筆記》。



翻譯本書第6堂課。