清華大學創新與創業學程介紹6_1
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今天我想換個方式介紹創新創意與科技史、科學革命、科學哲學的關係，這次來連載講故事。
雖然物理的發展歷史可以遠溯到二千年前，但是真正開始建立體系則是到十七世紀的伽利略、培根、笛卡兒、牛頓等人。
伽利略藉由精心實驗對落體有十分詳細的分析，也對物體運動軌跡有數量化的研究；培根則提出「歸納法」讓科學家可以由生活中的事實經驗獲知事物的原因與結果；笛卡兒則以「演繹法」強調出科學發展時原理原則的重要性。
當然還有很多其他的人也有貢獻。不過真正讓物理王國建立起來的人是牛頓在力學方面的表現，他發現的定律可以適用於天上與地上。物質世界的東西，好像都機械性地遵守牛頓定律，世界變成了一個大機器，一切都有定數。
但，真的如此嗎？
你要很有耐心的看完這系列介紹後再談。現在這兒先來介紹愛因斯坦在一九○五年寫的那幾篇論文。
1. 輕啟近代物理大門的三篇論文
1-1 相對論
很多人提到愛因斯坦就會想到相對論，這到底在說什麼呢？
在愛因斯坦之前的理論，是把宇宙的框架用「絕對的空間」和「絕對的時間」架構起來談論「絕對的物質量」，在一個絕對的時空架構下談論物質界發生的事情，這裡的「絕對」代表著「不會改變」。當中發展最有系統的便是牛頓力學，在這個系統當中宇宙變成一個精緻的鐘錶，十分精確地運作，當你在不同速度的座標中去看別的運動情況，你只消把物理量疊加上去便是。
但是十九世紀末有人發現，快速的電子在運動時，質量好像會變大。哇！之前不是說質量守恆不會改變嗎？所以當時的科學家認為這應該是因為電子帶電荷的關係，至於要怎麼解釋呢！一流的科學家都絞盡腦汁在思考。
也有另外的人想要根據地球在絕對空間中的運動量測所觀察到的光速變化不能如預期的量到，科學家很仔細的一再修正儀器，希望能有什麼符合預期的結果，結果仍是枉費心思。
這些看似紛雜的物理問題，困擾著當時的科學家。有的人好像可以像刻意湊答案般的導出一些數學式子，但是沒有人真正知道那是什麼東西。
愛因斯坦則完全跳脫絕對時空與物質不滅的假設，認為「光速」才是恆定值，而且那是速度的極限。在不同的座標系當中去看光，光的速度永遠保持每秒跑三十萬公里。
然後根據這樣的計算，高速的物體不只質量會增大，長度也會縮短，它所感受到的時間則是延長變慢。這些現象跟物質有沒有帶電沒有關係。
稍後一點愛因斯坦還自己解決他的理論中有關「力」的問題，他不再把萬有引力想成「力」。而是把它想成造成時空扭曲的東西，他可以精確計算具有質量的物體會如何把周圍時空扭曲，甚至依此斷定在日蝕時去觀察太陽附近的恆星將可驗證此理論的正確性。
前面講的快速運動的物體會有什麼質量增大啊、長度收縮啊、時間延長啊，等等的現象，這些要在極快、極快，接近光速才可能發生，一般人很難驗證，因此就無從判斷對錯。但是這個理論終於有一個可以藉由天文觀測論定對錯的機會，因此科學家都很好奇。
就連愛因斯坦也很期待，他並沒有自負地認為自己一定不敗，只是在遵循理性的推導下，他得出一個奇妙的結果，他依照科學社群應有的態度將之公佈與大家分享，他也希望別人告訴他哪裡推錯了。不過請根據理性來批判。
一直到一九一九年，英國的科學家愛丁頓爵士拍出的日蝕照片終於驗證了相對論的預測，舉世才瘋狂地接受愛因斯坦和他的相對論。
這張照片是1922年天文學家利用再一次日全蝕確認相對論預測的星光偏移是否正確。
2-2 光電效應
雖然相對論是愛因斯坦的一大創舉，但是當他寫出論文時全世界沒有幾個人能懂。即使幾年以後許多極負盛名的物理界學者提名愛因斯坦以相對論去角逐諾貝爾物理獎，但是，……噓，小聲告訴你，連當年的諾貝爾評審看不懂相對論，所以好幾次都不願意讓愛因斯坦得獎，甚至寧可從缺呢！
後來讓愛因斯坦得諾貝爾獎的理論是「光電效應」，這個理論最突出的地方在於它把光想成一包一包不連續的能量包裹，那一包一包的能量最小單位愛因斯坦給它個名稱叫「光子」，光在這裡變成了一種「粒子」。
可是之前也有很多人作實驗證明光有波動的特性，這又該怎麼說呢？愛因斯坦告訴大家：「光有二種特性，一是波動性，一是粒子性。」
愛因斯坦在相對論中推翻了牛頓建立的力學體系，而在光學領域，他則拯救牛頓被人揚棄的粒子特性，不過愛因斯坦所說的光子，跟牛頓當時心目中的粒子，意義還是不大一樣，更詭異許多。
光的雙重人格是由愛因斯坦確認的呢！
2-3 布朗運動
布朗運動不像前面那樣有名，但是生活中比較可以看到。科學史上最早的記載是在西元1872年，英國植物學家勞伯‧布朗，利用普通的顯微鏡觀察懸浮於水中的花粉粒時，發現這些花粉粒會做連續快速而不規則的隨機移動，好像有生命一樣，他就把這種移動稱為「布朗運動」，當時他以為那是一種生命現象。
接著生物學家發現懸浮於液體或空氣中很多微粒都會產生布朗運動，而且無關於生物行為，你周遭的灰塵也會有這樣的運動，只是你平常不會察覺。但是，當陽光或光線射進暗室時，我們很容易從光束中觀察到灰塵粒子在空氣中產生布朗運動的現象。
不過這個情況雖然常見，但該怎麼解釋呢？所有的科學家把這個問題推給自己專業之外，化學家認為這是生物現象，生物學家認為這可能是物理現象，物理學家則認為這應該不是物理問題。
就只有愛因斯坦這個初出茅廬的小子，不畏困難，挑戰這個人人避之唯恐不及的問題，在1905年的論文中提出這個現象是由於微粒周遭的分子施力不平均所造成的，而且他還說不管粒子的運動有多麼不規則，布朗運動仍可以用機率的概念來分析，並能藉此測量出分子顆粒的大小，這樣的說法開啟了統計力學的先驅。不過在愛因斯坦提出論文的年代，有的科學家甚至連「原子」、「分子」的觀念都嗤之以鼻。所以即使他這篇論文好像比較好懂，還是有人不接受。
從昨天到今天所介紹的三篇論文都是在1905年由愛因斯坦獨立發表，前二篇論文開啟了新的研究領域，布朗運動則解答困擾科學家將近一百年的問題，正所謂「承先啟後」、「繼往開來」呢！
明天我們再從愛因斯坦的各人生平來看他的創新動力。
