人人能懂的相对论

未来已来，本书带你搞懂相对论是如何改变世界！ ·见证爱因斯坦的物理革命——相对论的诞生 ·发现从宇宙黑暗时代运行至今的时空观 ·颠覆性的通俗易读——只要你能搞懂勾股定理，就能搞懂相对论 ·颠覆性的物理革命——从此时空再也不是绝对的，它是可以扭曲的 ·颠覆性的质能方程——揭秘霍金在《时间简史》中仅保留的公式E=mc^2

这一次，你将真正理解相对论，跟上爱因斯坦的脚步，吃透现代物理学基础！
两位作者在书中完整解释时间空间的相对性、光速的极限，以及为什么愈接近光速，时间就会愈慢等相对论的基础概念，并且思考一连串更核心的问题：什么是能量？什么是质量？光速与能量、质量究竟有什么关系？为什么光速是质能转换的兑换率？在回答这些问题的同时，作者也带我们来到大型强子对撞机的实验现场，探索希格斯粒子与质量起源的奥祕。
本书入围科普书z高荣誉——英国皇家学会科学图书大奖决选名单，是近年难得一见深具启发性的科普读物，也是一本能让你真正理解相对论的书。从E=mc2出发，我们将能了解所有关于宇宙的道理：时间、空间、质量、能量、标准模型、希格斯粒子……

布莱恩·考克斯 英国曼彻斯特大学理论物理学教授 英国皇家学会研究员 享有英国优选荣誉“不列颠帝国勋章” 他有三份工作： 在英国曼彻斯特大学教书；在欧洲粒子物理实验室（CERN）里研究大型强子对撞机；主持BBC纪录片《行星》《宇宙的奇迹》《太阳的奇迹》等。 杰夫·福修 英国曼彻斯特大学理论物理学教授 “麦克斯韦物理学奖章”得主 曾任职于卢瑟福实验室

前言1
第一章空间和时间1
第二章光速13
第三章狭义相对论27
第四章时空43
第五章为什么E=mc2？77
第六章我们为什么要关心原子、老鼠夹和恒星引擎？107
第七章质量的起源127
第八章扭曲时空161

     第一章 空间和时间 想想看，什么是“空间”？“时间”又是什么？你或许会把空间描述成，寒冷冬季，当你凝视夜空时，星星背后的黑暗区域。又或许，你会指着月亮和地面间的大块空白说，那就是空间。看！那闪闪发光、点缀着星条图案的飞船在里面航行，它载着一个叫巴兹的光头探险家驶向洪荒之地。而提到时间，你也许听到了手表的嘀嗒声，或是想到随着太阳第五十亿次向北纬倾斜中，渐渐变黄的叶子。这些都是我们对空间和时间的直观感觉，与生活密不可分。我们立足于这蓝色星球的表面，随时光的流逝穿行在宇宙之中。 19世纪末，科学在不同领域取得突破，迫使物理学家重新审视空间和时间的直观图景。等到20世纪初，基于直觉的时空观落下帷幕，它已不再扮演承载星球伟大旅程的舞台。对此，阿尔伯特·爱因斯坦的导师兼同事赫尔曼·闵可夫斯基(Hermann Minkowski)深有体会，他激动地写道：“从今往后，作为空间的空间和作为时间的时间都销声匿迹了，一个时空的结合体已取而代之。”这是一则有名的讣告，古老时空观被宣判死亡。 闵可夫斯基所说的时空结合体是什么呢？想要明白这听起来近乎神秘的说法，就需要理解爱因斯坦的狭义相对论。这个理论带来了世界上的一个方程：E=mc2。同样也因为这个理论，符号c(也就是光速)成为解释宇宙造化时占据中心位置的符号。 爱因斯坦的狭义相对论是关于空间和时间的理论。其核心是一个非常特别的速度。宇宙中任何东西，无论多么强大，无论如何加速，都无法超过它。这个特别的速度也就是光速，299792458米／秒是它在真空中的数值。地球发出的光以这个速度飞行，8分钟到达太阳，10万年穿过银河系，200万年抵达它最近的邻居仙女座。与此同时，地面上优选的望远镜正在凝视夜空，捕获着来自遥远恒星的微光。这些微光在100亿年前就出发了，它们从可观测到的宇宙边缘开始了旅程，出发时，比地球的诞生还要早几十亿年，那时地球还是一团星际尘埃，而现在那些恒星早已灭迹。光速很快，但这也不是绝对的。相对于恒星间遥远的路程和星系间巨大的间隙，光速可是慢得令人心急；并且，在瑞士日内瓦欧洲核子研究中心，27千米长的大型强子对撞机可以把足够小的物体加速到光速的百分之一。 这个特别的速度也叫作宇宙上限速度，这是一个非常古怪的概念。尽管光在爱因斯坦的宇宙中扮演着深刻的角色，它有充分的理由能以宇宙上限速度传播，但随着阅读的深入，你会发现将这个特别的速度和光速相关联，就是一个障眼法。关于爱因斯坦的宇宙我们稍后再谈。现在只需要知道当物体接近这一特殊速度时，奇怪的事情就会纷至沓来。是什么了物体的加速超过上限速度呢？这就好比有一个普遍的物理定律着汽车，使它永远不能超过70英里“每小时的速度行驶，无论引擎有多强大。这和高速公路的限速不同，不需要警察来强制执行。这是时空在建构自己时所遵循的规律，从来没被打破过。我们应该为此感到庆幸，否则就会灾难不断。若假定光速可被超越，我们便能制造时间机器，穿越历史，回到过去的某一时刻。比如，抵达我们出生前的某一刻，巧做安排，使得父母永远不能相见’。命运悖论是科幻小说里常见的精彩情节，可是宇宙并不是这样构建的，爱因斯坦的发现也证实了这一点。真实的时间和空间巧妙交织在一起，防止着悖论的出现。要进入爱因斯坦的宇宙，专享让我们付出的代价便是抛弃根深蒂固的时空观念。在爱因斯坦的宇宙中，运动的时钟缓慢地嘀嗒作响，运动的物体尺寸收缩变小，人们可以穿越数十亿年进入未来；人的一生几乎可以无限期地延长，直到太阳死亡，海洋沸腾，太阳系陷入永恒的黑夜，我们可以观察到恒星从旋转的尘埃云中诞生，行星的形成，还有创世之初生命的蠢蠢欲动。总的来说，在爱因斯坦的宇宙中，遥远的未来大门敞开，过往却被牢牢地锁死。 爱因斯坦描绘的宇宙光怪陆离，他是如何“被迫”构建这样的宇宙观的呢？在本书的结尾，你会一探究竟。你还将了解到这些概念在科学实验和技术应用中是如何一遍遍地被印证的。例如，车上的卫星导航系统就证实了卫星轨道上时间的律动与地面上的不同。爱因斯坦的观点是激进的：空间和时间并不像它们看起来的样子。 我们进行得有点快。我们必须回到相对论的核心，也就是空间和时间这两个概念上来，只有对它们仔细琢磨，才能理解和欣赏爱因斯坦的重大发现。 P1-3