时间的形状 相对论史话

"文津图书奖获奖图书 一本人人都能读懂的相对论，用轻松幽默的语言讲述深奥的道理。 这不是一本书，这是一个全新的宇宙观。 1，十年经典畅销，影响无数青少年 豆瓣评分8.9，科普类图书TOP100 中国科技部2018年全国青少年推荐阅读书目 国家教育部2018年全国中小学生推荐阅读书目 2，现代物理两大基石之一，解答人类终极问题 时空穿越、时间循环、弯曲时空的理论根据。想看懂《三体》《星际穿越》《盗梦空间》《银翼杀手》等科幻经典，必须懂点相对论。 3，升级版全面焕新 内文重新修订，增加新近科学进展，修正上一版错谬。超过100张漫画、科学示意图、珍稀高清照片，你离相对论从未如此之近。 "

永恒流淌的时间，是真的摸不着看不见，还是有形状和终点？ 我们所处的空间，是三维四维还是五维？ 我们能不能踏上时光机，任意穿越时空回到过去和未来？ 这些，都将在本书中找到答案。 跟随作者，你可以进入爱因斯坦的梦境，坐在牛顿老师的课堂，来到星光实验的现场…… 近距离接触科学的真相。 你将轻松了解一个你以为深奥得无法捉摸的理论，你将进入一个你以为奇妙得永远理解不了的世界。 这不是一本书，这是一个全新的宇宙观。 这本书与其说是一本穿越时间去看时间的书，不如说是在时间中看大师们留下的时间轨迹。

"汪洁 中国科普作家协会成员、“科学声音”执行秘书。代表作《时间的形状》获第八届国家文津图书奖。科幻小说《时间囚笼》获2019年百花文学奖。另著有《星空的琴弦》《亿万年的孤独》《太阳系简史》等十多部著作。执导（编剧）科技馆特效影片《令人惊叹的宇宙》，获2020年第六届中国科普作家协会“优秀科普作品”奖。自媒体电台“科学有故事”荣膺喜马拉雅FM2019 年和2020年“十大拥有商业价值主播”奖。 "

新版序
前言
1 不得不说的废话
关于相对论的谣言粉碎机
你必须了解的四个概念
2 伽利略和牛顿的世界
相对性原理
伽利略变换式
历史记录牛炼金术士牛顿
牛顿的绝对运动观
牛顿水桶实验中的绝对时空观
3 光的速度
伽利略吹响冲锋号
光速测量大赛
惊人的发现
科学历史记录成功的失败
4 爱因斯坦和狭义相对论
两朵乌云
巨星登场
……

     本章之所以叫作“不得不说的废话”，就是因为这章的内容跟相对论本身并不直接相关，如果你接近跳过不看，直接从第2章开始看起，也不会觉得有任何缺失的地方，但我又不得不写。本章的内容对于你理解相对论会有莫大的帮助，看似有点扯远了的内容恰恰是在教我们如何用一种正确的思维去阅读，甚至去“挑刺”。 关于相对论的谣言粉碎机 第一，某些伪哲学家最喜欢说的一句话就是：“伟大的爱因斯坦发现了这个世界的奥秘——世间万物都是相对的，没有什么是绝对的。” 胡说八道！尤其是每当我跟某些人说“这是不会变的”的时候，对方告诉我爱因斯坦的相对论禁止这种想法。我忍不住就大喊一声：“胡说八道，谁告诉你爱因斯坦说过这句话，别给爱因斯坦抹黑！”事实上，爱因斯坦在晚年一直很不喜欢别人把他的理论叫作“相对论”，他自己觉得他的这个理论应该叫作“不变论”，因为他的理论中最重要的部分是那些数学方程式中的不变量。爱因斯坦深以为豪的是他发现了宇宙中一些永恒不变的常量，更何况整个相对论都是在“在任何惯性系中，所有物理规律保持不变”和“在真空中光的传播速度恒定不变”这两条原理上发展而来的。如果当年相对论真的如爱因斯坦所希望的那样叫成了“不变论”，我很想知道伪哲学家们是否又要说：“伟大的爱因斯坦发现了这个世界的奥秘——不管世界怎么变化，永恒的永远都是永恒的。” 第二，有很多人认为相对论是用来造原子弹的理论，爱因斯坦正是现在人类面临的核危机的罪魁祸首。2011年日本大地震导致的福岛核电站泄漏又一次带来了很多这样的谣言，例如：“要不是爱因斯坦，要不是相对论，何至于此？” 事实是，关于原子弹，爱因斯坦做过的专享一件事情是在一封由西拉德起草写给美国总统罗斯福的信上签了字，这封信主要讲的是希特勒有可能正在研制一种威力巨大的“新型炸弹”，如果研制出来，很有可能改变“二战”的进程，美国也应该组织力量进行研制，以防止可怕的灾难性后果的出现。而相对论只不过是对这种新型炸弹为什么会有如此大威力的一种理论解释，即便没有相对论，这种炸弹也一样能造出来，只不过人类不知道为什么其威力如此巨大而已。这就好比我放了一个屁，把自己臭死了，但我百思不得其解为什么它会这么臭，直到有一天化学家和生物学家通过研究发现了臭屁的原理，但是有没有理论都不能阻止我放出臭死自己的这个屁。正如曾经被誉为“活着的爱因斯坦”的霍金指出的那样：把原子弹的威胁归咎于爱因斯坦的相对论，就如同把飞机失事的责任归咎于牛顿的万有引力定律一样［详见史蒂芬·霍金所著的《果壳中的宇宙》（The Universe in a Nutshell）］。 你必须了解的四个概念 波普尔的证伪说——科学与伪科学的量尺 卡尔·波普尔（KarlPopper，1902—1994）是一位有名的科学哲学家，他阐明了一个被现在科学界广为接受的道理：所有的物理规律（或者说科学定律）都是无法被真正接近地“证实”的．通俗来讲就是科学规律永远不可能用摆事实讲道理的方法来给你证明，尤其是证明给那些伪哲学家。这也被称为科学理论的“可证伪性”，你也可以理解为科学理论的“可检验性”。乍一听这个说法，似乎很难理解．其实很好理解。比如说我现在发现了一个科学规律：天下乌鸦一般黑。那我怎么证明这个规律呢？我只能到全世界去抓乌鸦的样本，发现抓到的每一只都是黑的，然后我就跟你说：“你看，我从全世界抓了那么多的乌鸦，无一不是黑的，这下你总该相信我关于‘天下乌鸦一般黑’的理论了吧？”你说：“不，你又没有把地球上的所有乌鸦都抓来给我看，你怎么就知道没有一只白色的乌鸦呢？就算你把地球上所有的乌鸦都抓来了，你怎么知道宋朝的乌鸦也都是黑的呢？你怎么知道以后会不会生出白色的乌鸦呢？总之你跟我说什么都不能让我相信‘天下乌鸦一般黑’这个理论。”波普尔认为确实无法证明这个规律是正确的，因为只要举出一个反例就可以将它推翻，这便是“证伪”。但是我可以根据这个规律大胆地做出一种预言，哪一天你跟我说你又在非洲的某个丛林里面抓到了一只乌鸦，不用去看，我就敢说那只乌鸦是黑的。你每抓到一只黑色的乌鸦，我只能说给“天下乌鸦一般黑”这个理论增加了一分可信度，直到我们有一天发现了一只白色的乌鸦，这个理论就不攻自破了。因而科学理论之所以能被称为科学，首先它要能做出一些预言，而这些预言恰恰是要能够被“证伪”的，也就是说这个科学理论做出的预言是有可能被实验推翻的。只有满足了“预言”和“证伪”这两个条件，我们才能为其冠以“科学”之名。反过来说，如果你提出的理论以及做出的预言是永远不可能被实验推翻的，那么就不能称之为科学理论。比如说，你给出了一个理论：有一种屁放出来是香的。于是我们把全天下的人放的屁都收集过来闻一下，发现都是臭的，但是这也没法推翻你的理论，因为我们并不能证明你说的那种香屁从来没有存在过。另外，你的这个理论也不能做出一个准确