如果你是一个充满想象力的人,如果你是一个不拘俗套的人,如果你是一个好奇心爆棚的人,如果你觉得日常很无聊想寻求一些新意和改变,如果你热爱文学和诗,如果你对科学充满了兴趣,你都应该读一读《相对论是什么》这本书。
《相对论是什么》的作者万维钢老师是美国科罗拉多大学物理学博士,曾长期从事核聚变等离子体物理研究。他写的这本《相对论究竟是什么》在专业权威的基础上,也尽量把相对论的思想解释的通俗易懂,让普通读者也有机会一览爱因斯坦艰深难懂的定律的美妙和诗意之处。
爱因斯坦是一个谦逊的科学家,但他也是一个有野心的科学家。他曾经说过:“我想知道上帝是如何创造这个世界的。对于这个或那个现象、这个或那个元素的谱,我不感兴趣。我想知道的是他的思想。其他都是细节问题。”这段话充分说明了相对论的特点——概括性和普适性超强,解释出了宇宙构建体系的奥妙之处。
01 狭义相对论
要理解狭义相对论,就要着重理解两点:1. 光速是不变的,对于任何参照系都是不变的。2. 时间是可以膨胀和收缩的。
俗话说,“天上一日,地上一年”,狭义相对论实际上证明了这句俗语的正确性,真是令人惊叹。想象一下我们自己以光速c的0.8倍飞向距离地球80光年远的星球,等我们到达目的地之后,我们会比地球上的同辈人年轻40岁!因为在地球上,时间过了100年,而在飞船上,时间只过了60年。高速移动的物体会相对静止的物体时间过的更慢一些。
先不考虑这个理论是如何用数学推导出来的,光看这个理论的结论就觉得非常的神奇和诗意,也难怪它刚出世的时候很难被大众所接受,因为狭义相对论描述了一个和普通人眼中大相径庭的世界。
《相对论是什么》这本书从麦克斯韦的电磁理论开始,引入“以太”的概念,从而一步步推导出为什么光速是个恒定的值,然后用很形象的示意图解答了如果光速是一定的,为什么高速运动的物体时间会变慢。我们读完之后会惊觉,这真的不是科幻片,而是货真价实现实世界中的科学理论。
02 广义相对论
如果说狭义相对论已经让我们很不能接受了,广义相对论就更加的玄而又玄了。《相对论是什么》这本书中把广义相对论比喻成一只美丽的鲸鱼。
试看下面几张图,就可以粗略地领略广义相对论的特别之处:
它否定了牛顿定律中引力的存在,证明了物体的存在可以弯曲它周围的时空,而自然运动状态就是物体顺着或笔直或弯曲的测地线运动的过程。
而黑洞则因为将时空扭曲到垂直的地步而神秘莫测:
这让人想起令人难忘的黑洞照片。黑洞照片(Photo of Black Hole)是由事件视界望远镜(Event Horizon Telescope)拍摄的距离地球5500万光年的M87*黑洞的照片。
在2017年4月该计划开始,经过大约5个夜晚的观测,产生了4PB的数据,经过两年多的后续工作,在2019年4月10日21点整召开的全球新闻发布会发布了黑洞照片。
想象一下自己看着另一个人跌入黑洞的情景,我将看到这个人越走越慢,越走越慢,最后他的身影将永远保留在我的世界之中。他的一瞬间,便是我的永恒。没有比这更诗意的现象了吧。
结语
“假如未来发生什么大灾变,让世界重归黑暗,人们不再钻研科学,拜倒在虚幻的神和压迫的权利之下,被偏见和狂热蒙蔽,只看到眼前的计较和平庸的善恶,我希望至少你、我,我们这几个人还记得,这个世界曾经拥有过爱因斯坦,拥有过相对论,这个美丽的理论。”——引自《相对论究竟是什么》
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