1、1世界物理年科學常試小試身手1. 哪一年定為世界物理年？20052. 世界物理年是為紀念哪一位科學家？愛因斯坦3. 愛因斯坦曾說：？先生，很抱歉推翻您的理論改變了當時的時空觀、對宇宙的看法。牛頓4. 世界物理年的構想是由哪一個組織首先提出？歐洲物理協會5. 哪一現象可以斷定電子、中子等微小粒子也具有波動性質？干涉現象6. 現代量子力學的計算主要是根據哪一位物理學家所提出的公式？薛丁格7. 1928 年迪拉克在量子電動力學中預測有反物質存在，這個假設直到 1932 安德森發現哪一種粒子才得到證實？正子8. 華氏零下 40 度相當於攝氏幾度？-409. 第一座核子反應爐是誰帶領設計的？費米10.
2、全球知名的管理、經濟學家梭羅（Lester Thurow）指出，如果蒸汽引擎的發明是第一次工業革命、電的發明是第二次工業革命， 那麼目前這些新科技（電子、資訊）的互動發展，就是 第三次工業革命。請問：第四次工業革命指的是又是什麼？【答案二個字】愛因斯坦思考，思考，再思考。 科學研究好像鑽木板，有人喜歡鑽薄的，我喜歡鑽厚的。 -亞伯愛因斯坦（Albert Einstein）為何會選中 2005 年為世界物理年？ 世界物理年為 紀念愛因斯坦發明相對論 100 週年 暨 逝世 50 週年 ，聯合國教科文組織透過世界各地物理學會舉行一連串世界活動網址：http:/.tw/ 2005 世界物理年的活動標
3、識紅色 代表過去 藍色 代表未來 黃色 和 綠色 表示連結過去到未來,要從過去的基礎中建設未來 綠色代表進步、進展黃色代表和平、合夥及團隊合作 科技的進步和國際的合作可以幫助建設光明的未來 這個標識象徵的是光錐；然而對一般大眾，大部分的人卻從來沒聽過光錐這個名詞，反而是較常被看成是沙漏，象徵著愛因斯坦在時間相對性上淵博的見解及洞察力。21905 年，26 歲的愛因斯坦在發表的幾篇論文裡，提出了對人類有巨大影響的三個觀念：一、狹義相對論 ：提出了對時空及質量關係革命性的新理論；二、布朗尼運動： 闡述了基本熱力學中關於分子動力的定律；三、量子理論： 光電效應不但揭開了量子力學的基本奧秘，奠定了現代
4、量子光學的基礎，帶出 20 世紀璀璨的光電科技。當愛因斯坦因光電效應的成就得到 1921 年的諾貝爾物理獎，近代物理學也從那時揭開了量子物理的新頁。在愛因斯坦逝世 50 年、論文發表 100 年後的現在，光纖讓寬頻傳達每家每戶，讓每個人可隨手、即時、即興地從網路上擷取數據。下世代的儲存技術，可把存在高密度藍光碟片的高畫質影像，呈現在以雷射全彩光掃描的大螢幕上；奈米光子的發展，也可能帶來更多預料不到的突破。這一切，都可歸功於愛因斯坦天才的創見。在跨入 21 世紀的今天，知識的累積與科學的創新，能否造就出本世紀的愛因斯坦，為下個世紀人類留下更豐富的遺產？.洞中一日，世間千年同學們聽過一個故事吧！一
5、個樵夫到山中砍柴，不知不覺中誤入仙境，在一個山洞中看見兩位老人在下棋，看著看著就著了迷，等到天黑尋路回家時，卻發現家鄉已經經過了幾百年，早就改朝換代了。於是，他嘆息著說：洞中一日，世間千年。這個故事說明了：仙界和凡間時間的長度顯然是不同的，是相對的。用這個故事來介紹愛因斯坦的相對論，顯然是太過簡單和膚淺；不過可以確定的是，建立在絕對時間和絕對空間基礎上的牛頓力學，顯然存在著一些問題。羅盤裡的奇蹟愛因斯坦 1879 年 3 月 14 日生於德國的小鎮烏姆(Ulm)，他在慕尼黑度過童年時代，未入學之前，有一件事使他終身難忘。他回憶道：在我 4 歲時，我父親送我一只羅盤，當時我覺得宛如看到一個奇蹟，
6、我突然覺得各種事物的背後一定有某些東西隱藏著；在某種意義上來說，一件神奇的東西可以使人的思想世界飛揚起來。少年時期的他熱愛平面幾何學的證明方法，他用心讀了自然科學通俗讀本，這本書把光速的問題放在最前面，以此作為所有自然觀察的開端，給他留下了深刻的印象。3在他高中的最後一年，父親移民到義大利，愛因斯坦決定放棄德國國籍，前往瑞士繼續學業。高中畢業之後，他進入蘇黎士的聯邦工科大學。事實上，他並不是一個老師心目中好的學生，因為他常常被某些問題深深的吸引，而投入全部的興趣和時間，對於不感興趣的必修科目，一點也不想費心思。1900 年大學畢業之後，由於愛因斯坦給教授的印象不佳，使他沒能如願留校擔任助教。失
7、業兩年後，他在瑞士的專利局謀得一份工作，職務是對所有的發明作初審，並將每一件發明的細節，用清晰而有系統的文字表達出來，這是一件很不容易的事，卻使他有機會學到新奇的觀念，對於任何提出的假設，都能很快的把握住要點和結果。小公務員的偉大論文 1905 年，愛因斯坦 26 歲，在沒有任何名師指導，缺乏研究的儀器和資料下，他利用一切空餘的時間，完成了4 篇革命性的論文。其中一篇分子大小的新測定法為他贏得了博士學位；另外其它三篇分別是：第一篇是解釋光電效應的文章。由一個嶄新的角度來探討光的輻射和能量，他認為光是由分離的粒子所組成。17 年後這篇論文使他獲得諾貝爾獎。第二篇是證明膠體溶液中的布朗運動。182
8、7 年英國植物學家布朗做了一個實驗，他將花粉灑在水裡，然後用顯微鏡觀察，發現花粉不斷在舞動，這種現象稱為布朗運動。愛因斯坦以獨特的眼光分析是微小的水分子在作祟，還利用數學方法計算出分子的大小和亞佛加厥常數，證明分子的存在。3 年後，法國物理學家佩蘭通過實驗印證了愛因斯坦的理論。牛頓不再絕對最重要的一篇論運動物體的電動力學，就是所謂的狹義相對論，愛因斯坦在論文中提出了兩個原理：光速恆定 以及 相對性原理這兩條原理有著驚人的推論，它根本地改變了牛頓的時空觀、改變了人類對宇宙的看法，將牛頓定律視為一個特殊例子，只有在速度很慢時才適用。用通俗的例子來舉例：一卷錄音帶，如果在地面的收音機裡播放，需一個小
9、時；在飛快速度的飛船裡，飛船裡的人測定也是一個小時。但是如果是地面人員用自己的鐘錶，測定飛船中錄音帶播放完的時間呢？根據牛頓的絕對時間理論，應該也是一小時；但是愛因斯坦認為應該是一個多小時，時間是相對的，不同情況下測量的時間長度是不一樣的。就像文章一開始的洞中一日，世間千年故事，也是蘊含有樸素的相對論原理。狹義相對論的問題發表後，愛因斯坦著手廣義相對論的問題，整整思考了八年。廣義相對論實質上是萬有引力的問題，愛因斯坦在大學時代同學格羅斯曼的幫助下掌握了數學形式，並用於表達他的物理思想。1913 年，他們合作發表了論文廣義相對論和引力理論綱要，1916 年 3 月，發表了總結的論文：廣義相對論基
10、礎，4在這篇僅 60 頁的文章裡，愛因斯坦假定重力不是一個力，而是在時空連續體(space-time continuume)中一個扭曲的場，而這個扭曲是由於質量存在造成的。這篇論文被認為是 20 世紀理論物理研究的最高峰。愛因斯坦不尋常的主張，自然引起了爭論，幸好理論終於找到機會驗證：1919 年 5 月 29 日有一次日全蝕，利用廣義相對論計算星光經過太陽邊緣時產生的偏折，會比傳統牛頓力學計算的大上一倍。英國天文學會派遣了兩支觀察隊，一支到巴西，一支到西非進行觀察測量，來驗證愛因斯坦的理論是否正確，全世界的科學家都屏息以待。此時，愛因斯坦的好友普朗克( 量子力學創始者)徹夜未眠，急著想知道觀
11、測結果，而愛因斯坦卻信心十足，安心的去睡覺，他說：如果普朗克真正瞭解廣義相對論，那麼他一定跟我一樣，安心地睡大覺了！結果觀察隊的觀察證實了愛因斯坦的預測，這馬上成為所有媒體的頭條新聞，轟動了全世界，一般大眾也開始認定愛因斯坦是世界級的人物。統一場論愛因斯坦的後半生，可以說是奉獻給兩件事：一是統一場論的發展，一是倡導世界和平。統一場論是一個將電磁現象和重力理論整合在一起的理論。愛因斯坦自己認為相對論有 3 個發展階段狹義相對論牛頓運動定律的修正廣義相對論牛頓萬有引力定律的改造統一場論廣義相對論的推廣他不倦的思索研究了 30 多年而終未成功，晚年他曾感慨的說：統一場論將被遺忘，但在未來會被人們重新
12、發現的！有些人批評愛因斯坦，一個問題花了 30 多年竟然得不到結果，但是，科學的重點不在尋求答案，而在發掘問題，愛因斯坦當時所發掘出來的許多問題，或許在未來會被人們所解決.。1922 年 11 月，瑞典皇家科學院決定，諾貝爾物理獎必須頒給對人類有重大用途的新發現者。但是沒有人敢肯定他的相對論是否是個新發現，至於這個理論對人類是否有用，更是莫衷一是，甚至成為眾多攻擊的焦點。於是瑞典皇家學院想出一個變通的方法，頒獎給愛因斯坦。得獎理由十分簡單扼要：此獎頒給愛因斯坦，因為他對光電理論及理論物理學上的重大頁獻。和平主義者愛因斯坦的相對論，以及他對時空的看法，的確激起了大家強烈的興趣，也使他成為大眾所景
13、仰的偶像。然而他不僅只是科學家，更是一個和平主義和人道主義者，他關心社會底層的勞苦大眾；在戰爭頻仍的時代裡，5他譴責軍國主義的侵略者。1933 年為了抗議希特勒的法西斯獸行，愛因斯坦毅然決然下了決定：只要納粹政權存在一天，他就永不返回德國。納粹政府也沒收了他在德國境內的所有財產，使他變得一無所有。於是愛因斯坦舉家遷往美國的普林斯頓，應聘為普林斯頓高等研究院教授。以後的歲月中，他除了埋首於研究的工作外，並以全力協助歐洲難民的移民。在納粹及赤色暴政之下，獲得愛因斯坦營救的著名科學家不知有多少。也正因為這些科學家脫險抵美國，而使得後來美國政府能夠憑藉著他們的智慧和技能，創造出人類史上的第一顆原子彈。
14、 1914 年的告歐洲人民書、1930 年全世界裁軍宣言、1955 年的羅素愛因斯坦宣言，愛因斯坦簽署的這三個和平宣言，一再闡揚他和平、反戰的一貫立場，在 1955 年的這個最後宣言裡，他更是呼籲：停止軍備競賽、禁止使用核武。拒絕當總統1952 年，以色列共和國請愛因斯坦去擔任總統，因為以色列都是猶太人，愛因斯坦是猶太人心目中的精神領袖。然而他沒有接受，他覺得自己的個性並不適合當總統。由於過度的運用腦力，使愛因斯坦體力衰退，看起來總是比實際年齡老。在 1955 年 4 月 18 日午夜，在普林斯頓醫院的愛因斯坦呼吸困難，主動脈瘤破裂導致大溢血，與世長辭，享年七十六歲。 他死時像生時那樣寧靜平淡
15、，沒有病痛、沒有傷感、沒有悔恨，只是靜靜的讓死亡降臨。愛因斯坦的女兒曾經說過： 甚至在他死時，也教我們如何生。 很抱歉推翻了您的理論相對論是愛因斯坦對物理學所做的最大貢獻，相對論打開了人類的眼界，使人們獲得了去探究宇宙奧秘的方法，提升了人們認識宇宙的能力。愛因斯坦曾說道：牛頓先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成就是您那個時代一個人的智力和創造力所能達到的顛峰，您所創造的許多觀念直到今日都仍在引導我們的物理思維。雖然我們知道，當我們對宇宙萬物有了更深入的瞭解以後，這些觀念將會被一些更抽象的新觀念所取代。也許將來某一天，會有一位少不更事的科學家說道：愛因斯坦先生，很抱歉推翻了您的理論，不過您的成
16、就是您那個時代一個人的智力和創造力所能達到的顛峰.在 原 子 科 學 的 領 域 裡 ，愛 因 斯 坦 的 名 望 凌 駕 於 其 他 科 學 家 之 上 ，且 歷 久 不 衰 。這 位 具 有 猶太 血 統 的 科 學 家 ，幼 年 在 德 國 渡 過 ，高 中 時 遷 居 義 大 利 ，大 學 時 代 則 在 瑞 士 蘇 黎 世 工 藝 學 院 就讀 。在 1900 年 愛 因 斯 坦 完 成 了 大 學 的 學 業 。1902 年 任 職 於 瑞 士 專 利 局 ，工 作 乏 味 ，下 班 後 在家 中 進 行 自 已 所 喜 歡 的 研 究 。在 他 26 歲 時 ，也 就 是 190
17、5 年 ，愛 因 斯 坦 共 計 發 表 了 5 篇 論 著 ，6其 中 第 二 篇 光 電 效 應 使 他 在 1921 年 榮 獲 諾 貝 爾 物 理 獎 。最 引 人 注 目 的 是 他 所 提 出 相 對 論 的 質量 和 能 量 的 關 係 ，這 兩 者 是 一 體 的 兩 面 ，可 以 互 相 轉 換 ，這 導 致 核 能 的 實 現 (質 量 的 損 失 可 以轉 變 成 能 量 )。 1912 年 秋 天 愛 因 斯 坦 回 瑞 士 母 校 任 教 ，他 的 座 右 銘 為 研 究 的 目 的 在 追 求 真 理 ，時 常 告 誡學 生 不 要 選 擇 輕 鬆 的 途 徑 。1
18、914 年 他 遷 居 柏 林 ，任 職 於 普 魯 士 皇 家 科 學 院 及 柏 林 大 學 。由 於 身具 猶 太 人 血 統 ，在 德 國 受 到 歧 視 ，他 於 1931 年 接 受 美 國 普 林 斯 頓 高 級 研 究 所 的 邀 請 ，於 第 二年 離 開 德 國 前 往 美 國 。 1938 年 德 國 在 希 特 勒 統 治 下 已 經 發 現 以 中 子 撞 擊 鈾 會 產 生 核 分 裂 的 現 象 。美 國 科 學 家 乃 上書 羅 斯 福 總 統 ，由 愛 因 斯 坦 具 名 簽 署 ，信 中 建 議 展 開 鈾 實 際 用 途 的 研 究 ，終 於 研 製 出
19、核 武 器 。第 二 次 世 界 大 戰 戰 後 愛 因 斯 坦 倡 議 原 子 能 的 和 平 用 途 ，阻 止 戰 爭 的 再 發 生 。愛 因 斯 坦 一 生 和 志同 道 合 的 朋 友 共 同 探 討 科 學 的 未 知 領 域 ，休 閒 生 活 則 為 演 奏 音 樂 與 讀 書 ，淡 泊 明 志 ，為 本 世 紀的 科 學 巨 人 。 愛因斯坦是猶太民族傑出的物理學家，他 西元 1879 年 3 月 14 日出生於德國南部的烏爾姆城 ，當愛因斯坦是一個嬰兒時，他的父 Ulm 搬了到慕尼黑。在 1886 年愛因斯坦在慕尼黑開始了他的學校事業。像他的小提琴課一樣，他自小便在家接受猶太
20、教的宗教的教育。 愛因斯坦就讀小學時，有一天偶然聽到別人談起代數的名詞，放學之後，就立刻問他的叔叔： 代數是什麼？叔叔向他解釋說：代數是一種懶人的數學。你如果有不知道的數，就把它當作已知的數，用 X 來表示，再以 X 作出關係式來，然後由式子中尋求那個不知道的數。 聽了這些話之後，愛因斯坦就已瞭解，並能獨自解出一些式子來。據說愛因斯坦是在 12 歲時，開始專心且深入地研究幾何學。說 到這裡，愛因斯坦給人感覺似乎是個特別聰明的孩子，但小學時的愛因斯坦，在學校並沒有特別優異的表現，他不喜歡耗費體力的活動，也不大願意和朋友們玩耍，只喜歡自己一個人靜坐思考。為此，愛因斯坦的一位女老師還給他起了一個憂鬱
21、者的外號。 愛因斯坦 17 歲時，因全家搬到瑞士，進入蘇黎世的聯邦技術學院就讀，專攻物理和數學。 在 1900 年愛因斯坦完成了大學的學業。1902 年任職於瑞士專利局，工作乏味，下班後在家中進行自已所喜歡的研究。在他 26 歲時，也就是 1905年， 愛因斯坦因 “ 在分子的尺寸的新決心上 ” 這一篇論文在，使他從蘇黎世的大學掙了博士銜。在愛因斯坦轉了他的注意到相對速度和加速的基本的問題以前，他出版了一系列論文，在 1905 年開始，在擴散、粘性及光電效應的理論，使他得到了很高的名聲。西元 1905 年，愛因斯坦發表了相對論，成為世界著名的物理學者。他的 新理論是建基於為古典相對原則再解釋。
22、愛因斯坦假設了光的速度在任何的觀察系統中都是一樣，後來愛因斯坦更顯示出質量與和能量是等同的，這為統一古典力學和麥克斯韋的電動力學作出了非常大的貢獻。 相對論是對於時間與空間在物理學上理論，與以前牛頓所想的完全不同。而這種嶄新的理論，在當時被誤認為是相當艱深且難以接受的，不過，慢慢地，科學家們就體認出這些理論的重要性。 在 1909 年，愛因斯坦被認同為一個領先的科學思想家，並且他辭去了專利局的工作。他在 1911 年在布拉格的大學擔任教授。事實上，1911 年是被世人確定愛因斯坦的科學工作重要的一年，水星近日的實驗，証7明了愛因斯坦的理論導預測，當光線在太陽附近經過，將會稍微被彎曲。 第一次世
23、界大戰的混亂環境裡，愛因斯坦仍繼續專心研究工作，並於西元 1916 年完成廣義相對論，為他帶來舉世推崇的盛名。除此之外，愛因斯坦身為猶太，盡其所能地幫助以色列立國，使猶太人擁有屬於自己的國家，並創立以色列大學。愛因斯坦因此成為國際間和平與互諒的代表。 愛因斯坦共計發表了 5 篇論著，其中第二篇光電效應使他在 1921 年榮獲諾貝爾物理獎。最引人注目的是他所提出相對論的質量和能量的關係，這兩者是一體的兩面，可以互相轉換，這導致核能的實現 (質量的損失可以轉變成能量)。 在 1930 年，他再做國際的訪問，其後到了美國。在 1932 年第三度訪問美國時，他被 聘於普林斯頓大學。在 1932 年 12 月裡，納粹在德國得到了權力，自此愛因斯坦永不回到那裡。
