探究人类*终极的生存难题，妙解现代物理学*伟大的基础理论神秘宇宙，是上帝的精密设计，还是随意拨弄？
永恒流淌的时间，是真的摸不着看不见，还是也有形状和色彩？
我们所处的空间，是三维四维还是五维？
我们能不能穿越时空？任意到达未来回到过去？一本人人都能读懂的相对论，用*轻松幽默的语言讲解深奥的科学道理
本书简介：
我可以保证，这真是一本很有趣的书。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……最近距离接触科学的真相。
本书上部（前五章）和大家一起回顾物理学走过的坎坷历史，这段历史的精彩程度不亚于任何一段战争史。在伽利略、牛顿等巨星纷纷谢幕之后，超级巨星爱因斯坦闪亮登场。他就像一位横空出世的大侠，无门无派，但出手即震惊天下，他的绝招就是“相对论”。
中间的第六章是一段小说体的跨越半个多世纪的真实历史故事，这个故事尘封已久，现在很多年轻人甚至都不敢相信这就是现实，但真相往往比小说更惊人。
最后四章是本书的下部，下部比上部更精彩，结构更宏大，故事更神奇，真相更惊人。在下部中，作者将细致地剖析时空的真相，带你领略神奇的四维时空奇景，了解整个宇宙的终极图景，再回到原子的深处见识不可思议的微观世界，最后看一看当下物理学的最新进展——万物理论。
作者简介：
汪洁。男。现居上海。自然科学狂人。
最大的理想是为中国的科普事业做点贡献。最大的愿望之一是，在老得快要死掉的时候，收到几张全世界知名科学家的来信或者卡片或者电子邮件之类的任何东西，上面写到：年轻的时候曾经看过您写的一本好像是科普的书，虽然名字和内容现在都已经想不起来了，但当年我看完以后就毅然投身物理学了，以至于有今天这样的一点点小成就，非常感谢您，祝您老一路走好。
如果真有这样的一天，我想我会带着非常满意的神情上路。
目录：
前言
第一章不得不说的废话
关于相对论的谣言粉碎机
你必须了解的四个概念
第二章伽利略和牛顿的世界
相对性原理
伽利略变换式
史上最牛炼金术士牛顿
牛顿的绝对运动观
牛顿水桶实验中的绝对时空观
第三章光的速度
伽利略吹响冲锋号
光速测量大赛
惊人的发现
科学史上最成功的失败前言
第一章不得不说的废话
关于相对论的谣言粉碎机
你必须了解的四个概念
第二章伽利略和牛顿的世界
相对性原理
伽利略变换式
史上最牛炼金术士牛顿
牛顿的绝对运动观
牛顿水桶实验中的绝对时空观
第三章光的速度
伽利略吹响冲锋号
光速测量大赛
惊人的发现
科学史上最成功的失败
第四章爱因斯坦和狭义相对论
两朵乌云
巨星登场
第一个原理：光速不变
第二个原理：物理规律不变
环球快车谋杀案
环球快车伯尔尼站的监控室
同时性的相对性
时间会膨胀
空间会收缩
速度合成
质速神剑
光速极限
质能奇迹
四个疯狂的问题
第五章广义相对论的宇宙
爱因斯坦的不满
生死重量
等效原理
太空大圆盘
时空弯曲
引力的本质
水星轨道之谜
星光实验
没见过这么黑的洞
从黑洞到虫洞
压轴大戏
第六章红色革命
第七章时空那点事
时空中的运动
四维时空
时间旅行
星际旅行
星际贸易
第八章再谈四维时空
宇宙的终极图景
神奇的四维
第九章上帝的判决
上帝玩不玩骰子?
美剧《生活大爆炸》
要命的双缝
玻尔的上帝
……
第十章宇宙是一首交响乐
后记前言我可以保证，这是一本很有趣的书。这本书完全不同于传统意义上的科学知识普及类图书，这本书更像是一本可以用来当做茶余饭后休闲翻阅的书，就像阅读一本有意思的小说我可以保证，这是一本很有趣的书。这本书完全不同于传统意义上的科学知识普及类图书，这本书更像是一本可以用来当做茶余饭后休闲翻阅的书，就像阅读一本有意思的小说。在这本书里面，你会看到很多极富想象力的小故事：牛顿带着Tom＆Jerry来到一个大水桶里面观看神奇的水面凹陷；爱因斯坦化身大警长先是调查了一起环球快车谋杀案，然后又要奔赴云霄电梯处理可怕的超级炸弹，最后又在太空中建造了一个超级大圆盘以展示他那神奇的时空观。虽然这一切看上去都不像是正儿八经的科学知识，但我可以很负责任地告诉你，这些故事里蕴藏着我们这个世界中你所不知道的惊人秘密，都是些很靠谱的科学真相。很多科学真相用“不可思议”来形容是一点都不过分的，你平常之所以感受不到物理学的神奇，那是因为没有人告诉你普通物理现象背后隐藏的秘密。现在的高中生都会在实验室里面做一个观察光的双缝干涉图像的实验，这是一个普通得不能再普通的高中光学实验，可是却从来没有人告诉我们这个实验背后隐藏着的惊天大秘密，这个秘密足以撼动以爱因斯坦为代表的一代科学家们苦苦建立起来的物理学信仰。一个简单的光学实验，如果你了解了它藏在最深处的本质，你会惊讶地发现，这个世界不再是我们头脑中原来的那个世界了，我们脑袋中很多朴素的哲学观念，例如物质决定意识，原因决定结果等等都将受到空前强烈的冲击。而且，我确确实实是在讲科学，不是在讲神学或者宣扬神秘主义。
我们这本书基本上可以分为上下两部分，上部和大家一起回顾物理学走过的300多年坎坷历史，这段历史中的悬念，其精彩程度不亚于任何一段战争史，因为物理学的发展本身就是一部精彩的好莱坞悬疑大片。在伽利略、牛顿等巨星纷纷谢幕之后，我们的超级巨星爱因斯坦闪亮登场，而他成为我们的主角的时候不过26岁，他就像是一个横空出世的大侠，无门无派，但是一出手就让天下震惊，他的绝招就是“相对论”，这是我们这本书上部的主题。中间的第六章是跨越半个多世纪的厚重和真实的历史故事，这个故事尘封已久，现在的很多年轻人甚至都不敢想象这就是发生在离我们生活的时代如此之近的故事，但我想告诉大家，真相往往比小说更惊人。最后四章是本书的下部，我可以非常自信地告诉大家，下部比上部更精彩，结构更宏大，故事更神奇，真相更惊人。在下部中，我将为你细致地剖析时空的真相，带你领略神奇的四维时空奇景。我们先一起去了解整个宇宙的终极图景，然后再回到原子的深处见识一下不可思议的微观世界，最后看一看当下物理学的最新进展——万物理论。你只要随便记住其中的一两段，就能让你在平时和朋友们的吃饭聊天中大放异彩，只是要当心别聊得兴起忘了吃菜，不要发生总是发生在笔者身上的悲剧：话讲完了，菜也被别人吃光了。
看完这本书，你对这个世界的看法一定会大大改观。潮起潮落，斗转星移，这些平常司空见惯的大自然现象会突然在你眼里产生完全不一样的意义。当你晚上抬头仰望星空，看着夜空中的皓月星辰，宇宙在你眼里将会换成另一番景象，过去的宇宙一去不复返了，一个崭新的宇宙观将在你的头脑中建立起来。
自小到大，你可能一直会有这样的疑问：
时间到底是什么东西？
我们能跨越未来吗？
我们能回到过去吗？
光到底是什么东西？
宇宙到底长什么样？有大小吗？有生死吗？
我们能像星际迷航一样穿梭在银河系吗？
这个世界的物质到底是由什么构成的？
物质可以无限分割吗？
……
这些令人不可思议的问题，科学家到底是如何找到答案的？
看完这本书，你将不再对以上这些问题感到疑惑，不但不会疑惑，你还可以很自信地给你的亲朋好友解答他们心中同样的疑惑。
所有这一切，都要从爱因斯坦发现的相对论开始讲起，这的的确确是一个伟大的理论，这是上个世纪人类对这个宇宙秘密最深刻的一次发现，这个理论可以解答你心中无数的疑惑。你可能还是感到茫然地在看着我：“我听说过相对论，可是它跟我们的日常生活有关系吗？”
当然是有关系的，比如，GPS导航系统现在已经是一个满大街都可以看到的常用小电器了，我估计很多读者都有一个车载的，或者手机里面就有一个。我告诉你，如果没有相对论，那么这玩意儿可就会出大问题。因为根据相对论，卫星上面的时钟会比地面上的时钟走得快，每天大约快38微秒（0.000038秒），这个时钟的快慢并不是因为计时器精度不够造成的，而是因为时间本身真正的变慢了。你设想一下，如果人类没有掌握相对论的知识，那么就不会知道发射到天上的卫星哪怕用再精确的计时工具计时，也不可能消除这个误差。你千万不要小看这似乎微不足道的38微秒，如果不校正的话，那么GPS导航系统每天积累的误差将超过10公里（当然这个误差是垂直方向上的，不是水平方向上的），如果美军用这个来导航导弹的话，那麻烦可就大了。因此在GPS卫星发射前，要先把其时钟的走动频率调慢100亿分之4.465，把10.23兆赫调为10.22999999543兆赫，这些数字全靠有了相对论才能那么精确地计算出来。
“神奇！”你大概会惊呼一声，“相对论原来就是这个啊。”哦不，这并不代表相对论，卫星上的时间变快只不过是相对论无数推论中的一个，我们通过相对论可以精确地计算出卫星上的时钟和地面上的时钟的误差到底是多少。相对论还有很多很多的推论，小到推测水星的运行轨道、在发生日全食时星星的位置，大到可以推演太阳的过去与未来，甚至宇宙的过去与未来。“神奇！”你再次惊呼一声，“不过你越说越玄乎了，我还是有点不信，你先别说得那么远，你前面说啥来着？时间本身变慢了？这个太让我难以理解了。在我眼里时间本身是均匀流逝的，我们感受的所谓快慢无非是我们自己的感觉在变化，即便是你的表和我的表走时不准那也不是时间本身不准，而是我们的手表精度不够造成的。中午12点整开饭对任何人来说都是12点整开饭，这是一个客观事实摆在那里，不会因为我用的是一块真的劳力士还是一块山寨劳力士而改变。”坦诚地说，我非常理解你的这种想法，并且，我还要恭喜你，你的这个思想和伟大的牛顿是一模一样的。但非常遗憾，这个想法错了，真的错了。
相对论是研究时间、空间、运动这三者关系的理论体系的总称，它是这100多年来人类最伟大的两个理论之一（还有一个是量子理论，那又将是一个长长的激动人心的故事，推荐阅读《上帝掷骰子吗？量子物理史话》，作者曹天元），诺贝尔物理学奖是不足以来评价相对论的伟大的。如果上帝真的存在的话，上帝过去总是说：“人类一思考，上帝就发笑。”人类有了相对论之后，上帝改口了：“人类一思考，上帝就发慌。”
我们对相对论的误解实在是太多了。大多数人都觉得相对论很神秘、很深奥，是大科学家才能理解的东西。这种误解来源于一个广为流传的关于相对论有多难懂的故事，说的是一个记者问天文学家爱丁顿：“听说全世界总共只有三个人能懂爱因斯坦的相对论，您是其中之一，是不是这样？”爱丁顿一时沉默了，正当记者以为爱丁顿要反驳的时候，没想到爱丁顿说：“我正在想另外两个人是谁。”我估计当时这个记者就震惊了。不管这个故事是真是假，总之给我们的一个印象就是相对论很难懂。但是大家千万不要忘了，这个故事发生在100多年前的1906年，那时候相对论刚刚被爱因斯坦用严谨的数学语言描述出来，对那个时代的人来说确实是很难理解的。不要说相对论了，你想象一下如果你回到乾隆年间，对大知识分子纪晓岚说随便找一个三角形的东西，把三只角割下来拼在一起，不多不少，总是恰好能拼出直直的一条边。
（图0-1：把三角形的石桌的三个角割下来拼在一起，必定可以得到一条直边）
铁齿铜牙的纪晓岚一开始肯定不相信，真的去找了一些三角形的物件来，一验证，发现完全正确，即便是我们的大知识分子，纪晓岚也会表示这个现象很神奇。但要是在现代，随便找一个初中生就能给你证明三角形的内角和是180度，他会告诉你这是一个很简单的几何常识。
同样，相对论的一些基本原理和概念对我们现代人来说，也一点都不高深，不神秘，很好懂，关键在于你是不是愿意听我娓娓道来。
在正式开始我的叙述之前，我很想把我刚刚在网上看到的冷笑话讲给大家听，当然，你也可以直接跳过这部分从第一章开始看起，这并不会影响你对本书的理解。
搜狐新闻报道：※今年60岁的黄其德是宁乡县金洲乡箭楼村一名地道的农民。这位只有高中学历的农民，在对爱因斯坦的相对论进行了20多年的独立研究后，对这一著名理论产生了质疑和挑战，并做出了近30万字的论述，引起了有关专家学者的关注。
※天津农民称其证明相对论有错：“我已经证明出，从牛顿第一，二，三定律到爱因斯坦的相对论都有错！”说这些话时，“草根科学家”闫赤元眼神中闪烁着的一种光芒，让那张饱经沧桑的面孔顿时有了生气。以上只是网上能搜到的众多反相对论的“民科”案例中的两例，如果你觉得这一点都不冷，OK，给你看几段真正冷的：※“世界文明的异化和倒退，人类社会伦理的堕落，虽然不能说完全是相对论的责任，但相对论也是最重要的原因之一。”在研讨会上表达对爱因斯坦相对论学说的深恶痛绝时，60岁的农民黄其德表情严肃，一字一顿。
※黄伯伯在《爱因斯坦相对论在科学和哲学上对人类思维的扭曲》一文中写道：“这是个人对相对论全部研究中最沉重的话题，然而必须如实说出来，才能惊醒地球人类。百年来，不单是爱因斯坦的相对论而是他的任何言论都被崇奉为人类心目中的神旨；尤其是许多上层知识分子，完全丧失最起码的独立思考与判断能力。在权威效应的魔障下，一切服从一人的任何臆想和武断。这是发生在地球人类历史上的极端反常的非理性狂潮。”“我做过粗略的调查：理科大学生知道相对论的，100个人中不到一个，约占0.3%；而认定相对论无比深邃高明的却占99.5%；理科大学教授中知道相对论的不到2%，也几乎都认可崇奉相对论；社会上一般知识分子中知道相对论的约占百万分之一，几乎无不崇奉相对论！这个数据说明了什么？首先说明地球人类崇奉相对论是由虚荣心支配着的极端盲目的权威效应。”
※黄伯伯写道：“我保证，只要有高中学历，都可以大致听懂我的论文，并取得评论相对论的有把握的发言权。认识到爱因斯坦相对论是一个伪科学大骗局。”我有一个直觉，各位看到上面那段黄伯伯的掷地有声的“保证”之后，立马激发了极大的一睹奇文的冲动，这种冲动绝对大过继续阅读我下面的正文的欲望。我表示压力很大，因此，在这里我先不给出黄伯伯奇文的链接地址，我会在本书的最后再给出，希望那个时候你再欣赏黄伯伯的奇文的时候能够产生与我一样的感觉——“当时我就笑喷了！”（你如果此时已经打开电脑开始搜索奇文了，我也拿你没办法，但还是最后拦你一下，看完此书再欣赏黄伯伯奇文，你一定会笑喷！）
前言结束之前，让我借黄伯伯的文风写下：我保证，只要有高中学历，都可以完全看懂本书，并能充分欣赏黄伯伯奇文。认识到爱因斯坦的相对论足以让上帝对渺小的人类产生敬畏；作为人类的一分子，我以此感到深深的自豪！●伽利略大侠的这一原理、一变换就像是倚天剑、屠龙刀，统治了物理学江湖长达200多年之久。在200余年的时间里，无人不臣服，无人敢于挑战，就好像此刻的你不也认为这是天经地义的事情吗？难道这真有可以挑战的地方吗？是的，200多年后一个叫洛伦兹（Lorentz,1853-1928）的侠士拿着一把锈迹斑斑的大刀，向伽利略变换发起了挑战，并且竟然一刀就将伽利略变换这把屠龙刀斩为两截。随后，一个26岁的年轻人，无门无派，不知道从何方冒出来，也携一把木剑向伽利略相对性原理这把倚天剑发出了挑战，这一战那真叫是刀光剑影，霹雳惊雷。这个年轻人，姓爱因斯坦，名阿尔伯特。
●从此，我们不再分开谈论时间的流逝和空间中运动的速度，只要是运动，就是在时空中的运动，当你进行百米冲刺的时候，你我在时空中进行着相对运动，空间发生变化的同时时间一定会发生变化。看来，我们经常在科幻小说中看到的“时空穿梭”其实一点儿都不神秘，你大可理直气壮地宣布：我以百米冲刺的速度在时空中穿梭，我们每个人每时每刻都在时空中穿梭。你也可以理直气壮地宣布：我距离一秒钟前的自己30万公里。这真是一个遥远的距离啊，如果你和你的爱人错开了一秒钟，那么你要不停地步行9年半才能追上你的爱人。我们都是生活在低速世界中的生物，我们在空间的三个维度中能达到的速度和光速相比实在是小得可怜，这才会让我们产生时间和空间这两个完全不同的概念。
●爱因斯坦还有一句名言：“上帝不掷骰子！”这个宇宙万物的演化规律不是靠每次掷骰子出来的随机点数来决定的，“老头子”是一个一丝不苟的人，他过去从没有犯过错误，将来也不会犯错误，宇宙的剧本早已定稿。从这一点上来说，爱因斯坦和牛顿都是属于经典的，他们心中的宇宙是经典的宇宙，是一个温暖、有秩序、一丝不苟的宇宙，或许这也是我们大多数人心目中的宇宙。
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