什么是相对论

人们普遍认为，如果太阳突然变成一个黑洞，它将吞噬掉地球和其他行星。然而，正如著名作家兼天体物理学家杰弗里·贝内特指出的那样，黑洞并不吞噬物体。带着这个基本的想法，贝内特开始了对爱因斯坦相对论的有趣介绍，为读者描述了一场前往黑洞的旅行，以及读者可能看到的惊人现象。 相对论揭示出了光速是宇宙速度的极限、令人费解的时间膨胀和时空曲率，以及历史上有名的方程式：E=mc 2 。的确，相对论在很大程度上建立起我们现代对宇宙的理解。它不仅仅是“一个理论” — —相对论中的每一个重要预测都经过了准确的测试，且有包括全球定位系统（GPS）在内的实际应用。贝内特的这本书图文并茂，语言浅显易懂，使任何人都可以轻松掌握爱因斯坦理论的基本思想。他使用直观的、非数学的方法让大众第一次真正认识到相对论是如何起作用的，为什么它对科学如此重要，以及我们作为人类看待自己的方式。

人们普遍认为，如果太阳突然变成一个黑洞，它将吞噬掉地球和其他行星。然而，正如著名作家兼天体物理学家杰弗里·贝内特指出的那样，黑洞并不吞噬物体。带着这个基本的想法，贝内特开始了对爱因斯坦相对论的有趣介绍，为读者描述了一场前往黑洞的旅行，以及读者可能看到的惊人现象。贝内特的这本书图文并茂，语言浅显易懂，使任何人都可以轻松掌握爱因斯坦理论的基本思想。他使用直观的、非数学的方法让大众第一次真正认识到相对论是如何起作用的，为什么它对科学如此重要，以及我们作为人类看待自己的方式。

杰弗里·贝内特(Jeffrey Bennett)，2013年美国物理科学传播奖得主，拥有加州大学圣地亚哥分校生物物理学学士学位和科罗拉多大学博尔德分校天体物理学硕士和博士学位。他是几本畅销的天文学、天体生物学、数学和统计学教科书的主要作者，并为公众和儿童写了许多获奖书籍。 译者：王玉翠，燕山大学材料学硕士，现供职于山西省阳泉市区域创新促进中心。冯萍， 本科毕业于山西农业大学英语专业，现为波兰华沙大学国际关系专业博士。

前言
第一部分 入门
第1章 穿越黑洞的旅行
第二部分 爱因斯坦的狭义相对论
第2章 和光赛跑
第3章 重新定义空间和时间
第4章 一个新常识
第三部分 爱因斯坦的广义相对论
第5章 牛顿的荒谬
第6章 重新定义引力
第四部分 相对论的应用
第7章 黑洞
第8章 膨胀的宇宙
结语 你在宇宙中不可磨灭的印迹
致谢
译后记

     第1章 穿越黑洞的旅行 想象一下，有一天太阳神奇地坍缩，虽然保留了原来的质量，但体积却缩小了很多，成为了一个黑洞，它对地球和其他星球会产生怎样的影响呢？如果问一下每个人这个问题，包括小学生们，他们都会自信地回答，行星会被“吸进去”。 现在我们做一个设想，假设你是一位未来的星际旅行者。如果你突然发现一个黑洞潜伏在你的左边，你该怎么做？问一问你周围的人，他们都会告诉你要赶快发动引擎，离开那里，这样你就能避免被吸进去而消失。 可是我要告诉你一个小秘密，这个秘密对理解相对论来说非常重要：黑洞不会吞噬物体。但如果太阳变成了一个黑洞，地球就会变得非常寒冷和黑暗。然而，如果我们假设这个黑洞的质和太阳的质量一样大，地球的轨道几乎不会受到任何的影响。 假设你是一位未来的星际旅行者……首先，你不会在飞船左方突然发现一个黑洞。在旅行前，我们会在地球上以各种方式提前找到黑洞的位置，如果有一天我们真的可以进行星际旅行，就一定会提前在地图上标记好黑洞的位置。假设万一在你的地图上真的没有标明这个黑洞的位置，那么当你逐步接近黑洞时，它对你飞船的引力会不断增加，所以它不会突然出现在你的身边。其次，除非你刚好直接朝着黑洞飞过去，否则，黑洞的引力会让你绕着黑洞旋转，就和我们发射宇宙飞船（如旅行者号和新视野号）去外太阳系旅行时飞掠过木星一样。 我知道这可能让一些人感到非常失望，就像我上中学的女儿和我说的那样，如果黑洞可以把周围的东西吞噬进去的话，是一件非常酷的事情 。我只能在一定程度上来安抚她，“表现得很酷”和“可以吞噬东西”是两回事。那么，你可能会想，如果黑洞不能吞噬东西的话，它们会做什么？ 答案有两个部分，一个看起来平淡无奇，另一个却令人感到不可思议以至于你再也不会将它误解为宇宙吸尘器了。它之所以让我们感到平淡无奇是因为如果我们可以从远处观察黑洞的话，黑洞的引力与太空中的其他任何物体的引力没有什么不同。这就是为什么当太阳变成黑洞的时候，不会影响地球的运行轨道，也是为什么宇宙飞船可以像绕着木星旋转一样绕着黑洞旋转。但当你开始接近黑洞的时候，就可以看出为什么黑洞让人感到不可思议了。在那里，你可以看到时间和空间被戏剧性地扭曲，这也只能从爱因斯坦的相对论中找到解释。 现在我们找到了问题的关键所在，我写这本关于相对论的书，是从讨论黑洞开始的，虽然几乎每个人都听说过黑洞，但只有你明白爱因斯坦提出的基本观点之后，才能了解什么是真正的黑洞。这本书的一个目的就是帮助你理解黑洞是什么。与此同时，还有第二个重要的目的。 在学习相对论的过程中，你会发现日常生活中，关于时间和空间的概念，并不能准确地反映宇宙现实。最终，你会意识到你是在一种充斥着错误常识的环境中长大的，这不能怪你。更确切地说，只有在特别情况下，时间和空间的本质才能更确切地显示出来，而我们不可能经历这种特别的情况。因而，这本书的真正目的是帮你区别现实和伴随你成长的科幻小说之间的不同。在此过程中，需要考虑时间和空间的深刻含义，爱因斯坦是第一个了解这个事实的人。 首先，让我们进行一场想象中的黑洞之旅。这次旅行，将让你有机会体验在爱因斯坦思想最显著影响下出现的两种情况：在接近光速的速度下和在黑洞附近的特别引力下。现在，我们思考一下你旅行中会遇到什么事情。先不解释其中的原因，在之后的章节中，我们再去解释。 P1-4