講個跟中秋節相關的小知識~ 原來月亮不是繞著地球的中心轉吶！ (書中有解答喔！) 推薦給對相對論和量子理論好奇的人

自從看完《極限返航》之後，就想要學點相對論的知識，於是找到了這本非常適合一般人讀的科普書籍！ 讀完以後，才發現相對論不只是電影、小說裡複雜的理論，或是從事太空相關工作才會接觸到的知識；而是存在於我們抬頭就能欣賞的夜空之中，也造就了日常生活中不可或缺的定位系統。 書中有簡單的公式推導、許多好理解的示意圖，慢慢帶著讀者瞭解相對論和量子理論，最後還會介紹宇宙的起源和黑洞的一生。 ----- 以下分享幾個印象最深刻的知識~ 1. 原來月亮不是繞著地球的中心轉！ 我們都認為月球是「繞著地球周圍運轉」。但是，正確來說並非如此。月球是繞著「地球和月球的重心」周圍運轉。

宇宙中也存在著兩個質量接近的恆星，互相繞著中心旋轉的「聯星」系統。

因此可以想像，因為地球質量遠大過月球，所以旋轉的中心就會往地球這一邊偏移，而讓我們感覺月亮是以地球為中心轉。 2. 邁克生－莫雷實驗 我們都知道「波」需要「介質」來傳遞，而以前的科學家認為光是透過「乙太」這個介質傳遞到地球上。 為了驗證乙太的存在，邁克生和莫雷在1887年進行了著名的邁克生－莫雷實驗。

簡言之，他們設計了一個讓「乙太」從側向通過的空間，並運用透鏡讓光分別走兩條不同的路線到探測器，如果乙太存在的話，應該會讓兩條不同路線的光速度產生差異，並由探測器測出。 結果不論他們怎麼改進儀器、重複測多少次，就是測不出足夠證明乙太存在的差異，最後推翻了乙太的假說。 直到愛因斯坦在相對論假設：「光速在所有慣性參考系中永遠保持不變」，才解釋了這個實驗的現象。 然後，非常汗顏的是！我一直到看完這本電子書，開始寫心得以後，才想起來這不就是大一普通物理學的其中一個實驗嗎！(我當初還有寫筆記)

這則文章，有整個實驗更詳細的解說和歷史背景： 普物實驗背後的故事(二) 邁克生干涉實驗

我很喜歡文中最後說，看著大一新生做這個實驗“有「昔日王謝堂前燕，飛日尋常百姓家」的奇妙感受呢” (就像《葬送的芙莉蓮》裡魔族的殺人魔法，在幾十年後變成了一般攻擊魔法一樣。)

3. 17世紀的科學家就推算過光速 1676年，丹麥的天文學家奧勒．羅默 (Ole Rømer) 證明了光的速度有限，還成功測量出大致的速度。 他是透過觀察不同季節中，木星的衛星之一「埃歐」，發生「埃歐食」的時間差 (11分鐘)，再拿當時已知的地球公轉半徑 (1.4~億公里) 來計算，推測出光速大約秒速21萬公里 (目前已知光速是每秒30萬公里)。

4. 「微中子」與神岡探測器 神岡探測器是位於日本岐阜縣北部飛驒市（舊稱吉城郡神岡町）的神岡礦山地底下的觀測設施。建造的目的是為了觀測從宇宙飛到地球的「宇宙線」基本粒子「微中子」，驗證「質子衰變」的現象。 為什麼要建造在地底下呢？因為微中子的穿透性非常強，在地底下就能確保只有微中子能到達，沒有其他粒子會干擾觀測。 1987年，神岡探測器透過檢測在距離地球約16萬光年的大麥哲倫星系內發生超新星爆炸（SN 1987A）時，所產生的微中子，證明微中子具有質量。這項成就讓物理學家小柴昌俊榮獲2002年的諾貝爾物理學獎。

5. 秒速20萬公里的母艦上，用秒速15萬公里的速度起飛的太空船，20+15=35，那不就超過光速了嗎？ 只學過古典力學的我們，應該會直覺把兩個速度直接相加，但是當接近光速的時候，其實需要透過相對論來校正。

在這個公式之下，不論怎麼快的速度相加，都不會超過光速。而日常的衛星定位系統，也是仰賴這個公式，才不會產生誤差。 6.重力透鏡效應 在1919年，科學家針對月球遮住太陽的日食現象，進行一場確認太陽後方星球位置的實驗，證實了太陽的重力扭曲了光的路徑。 重力透鏡效應也會發生在觀測其他星體時，而產生星體的實像周圍會出現四個虛像的「愛因斯坦十字」，以及實像的周圍會出現環形虛像的「愛因斯坦環」。

7. 最初的宇宙只有兩種元素：氫和氦 剛誕生的宇宙裡，充滿了「電子」、「質子」、「中子」，以及氫原子和少許的氦原子。 而這些像霧一般的物質，不斷聚集、壓縮，最終產生原子核融合，才形成了更大的原子，也才有了現在滿滿整個週期表的元素啊！

8. 黑洞的一生，以及2019年轟動各界的黑洞照片？ 根據相對論，黑洞是個當重力造成的時空扭曲達到極限以後，包括光在內的任何物質，一旦進入後就無法再逃逸出來的特殊領域。 而黑洞是由死亡的恆星中誕生的，粒子脫離黑洞會造成黑洞逐漸「蒸發」；反之，粒子被吸入黑洞會使黑洞逐漸「成長」。在遙遠的未來，黑洞最終都會爆炸並蒸發完畢，結束它的一生。

2019年4月10日，由地球上8架大型電波望遠鏡合作的「事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）」國際合作計畫，最後終於成功拍攝到了黑洞的照片。 這項計畫拍到的是室女座星系團裡的橢圓星系「M87」附近的巨大黑洞。它距離地球有5550萬光年之遠，質量竟然有太陽的65億倍。 我記得當時這是個大新聞，但是點開新聞看到照片的當下，覺得「欸，黑洞就這樣啊？」因為照片實在太糊了啊！ 可是即使是這麼糊的照片，也是人類第一次拍下的黑洞，是相當難得的成就。因為有一群人不斷探索宇宙的奧秘，人類才能慢慢累積這麼多知識，也許未來的哪一天就能實現太空旅行呢！

----- 📌目錄 ◎前言 ●第1章　相對論為什麼如此重要？ ．1　在愛因斯坦以前的物理學 ．2　顛覆十七世紀以來的常識 ．3　量子理論如何孕育而出？ ❖專欄　瑪麗．居禮的成就 ．4　相對論是什麼樣的理論？ ❖專欄　愛因斯坦其人 ●第2章　相對性原理的基礎 ．1　伽利略的相對性原理 ．2　等速直線運動如何發生？ ．3　當加速度發揮作用時，物體會發生什麼事？ ●第3章　光速不變的原理 ．1　話說回來，「光」是什麼？ ．2　光速一直都保持不變嗎？ ．3　傳導光的物質──乙太 ．4　光速可以測量嗎？ ．5　超越光速的物質存在嗎？ ●第4章　在光速中時間會延遲 ．1　每個人的時間速度都一樣嗎？ ．2　用光速移動的話，就會老得比較慢嗎？ ．3　以光速移動，時間會延遲多少？ ．4　時間延遲程度的指標──勞侖茲因子 ．5　時間延遲與相對論的關係 ．6　浦島太郎的故事可能發生嗎？──孿生子悖論 ●第5章　在光速中長度會縮短 ．1　以光速飛行，太空船的長度會縮短？ ．2　為什麼速度愈快，長度愈短？ ．3　以接近光速移動，物體間的距離也會縮短嗎？ ．4　速度再加上光速，結果會超過光速嗎？ ●第6章　能量等於質量 ．1　「質量」和「重量」的差別 ．2　愈接近光速，質量就會變得愈大？ ．3　能量和質量的關係 ．4　質量可以等同能量嗎？ ．5　解謎愛因斯坦的經典公式「E=mc^2」 ．6　粒子必然成對生成與消失嗎？──成對產生、成對消滅 ❖專欄　如何導出「E＝mc^2」 ●第7章　重力與時空的扭曲 ．1　「質量」和「重力」的差異 ❖專欄　希格斯玻色子 ．2　平行線會相交嗎？ ．3　重力如何扭曲空間？ ．4　重力也能扭曲光線嗎？ ．5　我們如何看到重力的作用？──重力透鏡效應 ．6　愛因斯坦最後的功課──重力波 ❖專欄　LIGO（雷射干涉儀重力波天文台） ●第8章　粒子性與波動性 ．1　光是波動，電子是粒子 ．2　物質有「波」的性質嗎？──物質波 ．3　什麼是「量子化」？ ．4　光也能量子化嗎？ ．5　愛因斯坦無法接受的理論──海森堡的不確定性原理 ❖專欄　如何導出海森堡的不確定性原理 ●第9章　構成宇宙的物質 ．1　宇宙的起源 ．2　恆星的誕生 ．3　原子的誕生與成長 ❖專欄　原子核反應 ．4　恆星的一生 ❖專欄　元素週期表 ●第10章　黑洞 ．1　星星會如何結束一生？ ．2　日本觀測到星星的爆炸──神岡探測器 ．3　黑洞是什麼？ ．4　黑洞會「蒸發」？ ．5　黑洞的一生如何度過？ ．6　終於真正發現黑洞 ●第11章　宇宙的未來 ．1　宇宙正在膨脹嗎？ ．2　無法觀測的宇宙成分──暗物質、暗能量 ．3　宇宙發展的下一個階段 ．4　古人眼裡的宇宙 ◎後記 ◎參考文獻・資料來源 ----- 想記錄的句子/知識~ “研究微小世界的「量子論」，與規模非常壯大的「相對論」攜手合作，形塑了現代的物理學。” “「勞侖茲因子＝2」的標示，意思就是「太空船內的時間進行，比地球（靜止座標系）上的時間要慢2倍」。地球上的2秒相當於船內的1秒，地球上的20年相當於船內的10年。” “相對論當中，還有另一個和「時間延遲」同樣令人難以接受的觀點，就是「勞侖茲收縮」。它談論的是「物體在高速狀態下，長度會縮短」” “也有負電荷的質子和正電荷的電子存在，這種粒子一般稱作「反粒子」。” “讓高能量集中在真空中的某一點，粒子和其反粒子就會組合成對。這種現象稱作「成對產生」” “反粒子遇見粒子後，兩者就會一同消滅變成2個光子。這種現象稱作「成對消滅」” “在大霹靂後過了約10秒鐘，物質就出現了質量。這個質量的成分是「希格斯玻色子」。希格斯玻色子與物質結合後，才會產生質量。 科學家在20世紀中葉預測有這個粒子存在，但是並沒有實際發現，直到2012年才終於發現。” “質量造成的扭曲會像波動一樣以光速向外傳播的「重力波」現象。這個現象稱作「愛因斯坦最後的功課」，非常難以理解。” “實驗證明的事實不斷累積之後，法國科學家路易．德布羅意推論出所有物質都同時具備「粒子的特性」和「波動的特性」。於是，他在1924年向物理學會提出了「物質波」的概念。” “路易．德布羅意訂立了以下公式。 λ＝h/mv 根據這道公式，波長在「物質越重，速度越快」的條件下會越短，在「物質越輕，速度越慢」的條件下則是越長。” “宇宙的起源是始於138億年前，一場規模無與倫比的「大霹靂」。這不僅是宇宙，也是空間、時間等「萬物」的起源。” “要引發核融合反應，至少需要以下3個條件。 ①1億度以上的高溫 ②1㎝³ 範圍內有100兆個原子核 ③讓①、②的條件能夠維持1秒 這3個條件又稱作「勞森判據」。” “恆星在變成中子星以前，能量會先失衡、發生大爆炸。這種現象稱作「超新星爆炸」，處於這種狀態的星星稱作「超新星」。” “根據相對論，黑洞是個當重力造成的時空扭曲達到極限以後，包括光在內的任何物質，一旦進入後就無法再逃逸出來的特殊領域。” “假設我們要從地球上發射一架火箭，只要速度夠快，火箭就可以甩開地球的重力、飛往太空。這個速度就稱作「宇宙速度」。” “宇宙速度會因天體具備的重力而不同。地球的宇宙速度是秒速11.2公里，太陽則是秒速618公里。” “如果天體重量相同，半徑越小、重力越大。當重力大到某種程度後，宇宙速度就會達到光速。而密度比這時的密度更大的「東西」，就是黑洞。” “德國天文學家卡爾．史瓦西 (Karl Schwarzschild) 在20世紀初發表了「史瓦西半徑」。根據這個數值，可以計算出一個極限的半徑，當星體塌縮到小於這個半徑，就會變成黑洞。” “宇宙是由原子等「物質」，以及「暗物質（Dark matter）」和「暗能量（Dark energy）」這三種物質所構成。” “暗物質是以團塊的形式存在於宇宙各處，是「看不見卻有重力」的物質；暗能量則是均勻分布於整個宇宙，被視為「具有加快宇宙膨脹速度的力量」。” “沒有人知道，宇宙實際上會走向何種命運。對人類來說，「穩態理論」是最能令人接受的結局。” ------ 作者：齋藤勝裕 譯者：陳聖怡 出版社：楓書坊 出版日：2012/11/25 -----