大家好，这是一个小广播阅读。今天，我们继续分享前沿科普书籍《宇宙的琴弦》。我们分享了这本书的第一部分，物理学的两大支柱:相对论和量子力学。但遗憾的是，它们不能很好地解释世界，因为它们可以分别在大尺度和小尺度上解释世界的规律，但它们都有不同的统一规律。这时，作者的“超弦理论”出现了。超弦理论能更好地解释世界吗？今天，我们继续分享这本书的内容。今天，我们从爱因斯坦的相对论开始。

今天的内容主要阐述爱因斯坦的狭义相对论、时间原理、空和光。由于内容过于抽象，书中还列举了大量的思想实验来验证和解释。在这里，我选了一些实验和结论给大家讲讲。

爱因斯坦的狭义相对论指出空和时间不是绝对的，而两个简单的原理构成了狭义相对论的基础:

1.一是与光的性质有关，即光速不变，光速为10.8亿公里/小时；

2.另一个相对抽象的原理是相对论，即运动是相对的。这个原理基于一个简单的事实:无论我们讨论速度还是方向，都必须明确测量者。是这个相对论的精髓。

思想实验。

假设在浩瀚的宇宙中，乔治徘徊在黑暗空空旷空的房间里。从他的角度来看，他是完全静止的。在远处，他看到另一个人，格雷西，也在宇宙中漂浮，向他飘来。他们从他身边经过时互相挥手致意。然后格雷西消失在黑夜中。如果从格雷西的角度来看，这个故事也可以解释为格雷西感到休息。远处的乔治朝她飘来，然后挥手消失在夜色中空。这两个故事讲的是同一件事。两个人都觉得静止。这就是相对论原理的本质:运动是相对的。

在狭义相对论中，不仅运动是相对的，时间和空之间的结构也密切依赖于观察者和被观察者之间的相对运动。运动物体的演化会变慢，运动物体在时间上会感觉变慢，在运动方向上的长度也会变短。

在爱因斯坦的狭义相对论中，物体的运动大多是在时间中度过的，而不是在空中。在我们的一般认知中，我们都在空房间里度过时间。我们坐在沙发上看电视，走在街上。我们住在一个立体空的房间里，大家很容易理解。但是爱因斯坦把我们的时间看作是宇宙的第四维，我们实际上生活在包括时间维度在内的四维宇宙中。比如我们约朋友在某个地方见面，除了确定双方的立体空房间(即在什么具体地点)之外，还会约定一个时间，比如下午4点见面。

在这里，爱因斯坦统一了时间和空的概念。前面说过，当物体相对于我们空运动时，它的时间也会变慢。同样，在时间维度上，当一个物体相对于时间运动时，它在时间上的运动速度也会变慢。

宇宙万物总是在时间和空之间匀速运动(光速)，我们的三维空和一维时间相加的速度就是光速。但是，我们日常生活中运动物体的速度远远小于光速，所以我们感受不到相对效应。这个怎么解释？

添加对象(相对于我们)是静态的。也就是说，它在空空间中不运动，所以和我们相比，空空间中这些物体的速度为零，所以我们和这些物体在时间维度中有相同的光速，所以我们会以相同的速度和它们一起变老。但是另一边。如果一个物体相对于我们在运动，比如一辆汽车从我们身边经过，物体运动的转移意味着它的速度在空之间大于0，所以它在时间上的速度会小于光速，因为它的部分运动转移到空上。也就是说，当物体在空之间运动时，其时间会变慢。

由此推论，当物体在空中的运动速度为光速时，那么它在时间上应该是静止的，即时间的速度为零。那么，如果物体的运动速度超过光速，我们能回到过去吗？不幸的是，没有什么能比光速更快。这是为什么？

能量等效理论是爱因斯坦狭义相对论最重要的推论，即著名的方程E = MC，其中E为能量，M为质量，C为光速；也就是说，所有物质都有质量乘以光速平方的隐藏能量，这就可以解释为什么物体的运动速度不能超过光速。

静止物体的所有能量都包含在静止质量中。一旦它运动，就会产生动能。因为质量和能量是等价的，所以运动中的能量应该加到质量上，也就是说运动物体的质量会增加。当物体的运动速度远低于光速时，增加的质量会最小，例如当速度达到光速的0.1时，质量只会增加0.5%。但是当速度接近光速时，增加的质量是显著的。例如，当速度达到光速的0.9倍时，它的质量就增加了一倍多。这时，物体需要更多的能量来继续加速。当速度接近光速时，质量随着速度的增加而线性上升，当速度无限接近光速时，质量趋于无穷大，需要无穷的能量。所以任何物体的运动速度都达不到光速，只有质量为零的粒子才能以光速运动，比如光子。

好了，我们总结一下上面的内容。

1.在狭义相对论中，运动是相对的，时间和空也是相对的。

2.我们生活在四维空空间，在时间中以光速运行空。

3.光速是不变的，任何物体的运动速度都不可能超过光速。

相对论

爱因斯坦的狭义相对论解释了时间、空和光的本质，解释了万物的速度极限是光速，但却引出了另一个问题:把光速作为物体运动极限的概念，与17世纪末牛顿的引力理论是不相容的，因为引力可以瞬间直接在两颗质量巨大的恒星之间传播。换句话说，重力的速度应该超过光速。经过多年的研究，爱因斯坦提出了广义相对论。在这个理论中，他再次彻底改变了我们对空时间和时间的概念。他证明了它们是卷曲的，引力是卷曲的波。

牛顿1642年出生于英国林肯郡。毫无疑问，他是一个科学天才。他对宇宙有许多发现，其中最著名的是万有引力定律。今天，我们知道我们可以坚定地站在地球上，而不会漂浮在海洋中空，这是地球引力的作用。就凭这么简单的常识，300多年前，没有人知道苹果落下的原理和行星绕太阳公转的原理是一样的。

牛顿认为，两个物体之间的引力取决于两个因素:构成每个物体的物质总量和物体之间的距离。质量越大，引力越大，反之亦然。并给出了精确计算重力的方程，称之为重力定律。直到20世纪初，万有引力定律才被公认为无可辩驳的真理。

但爱因斯坦的狭义相对论提出，光速是宇宙万物速度的最大值。但是根据引力定律，引力和两个物体之间的距离是有关系的。想象一下，太阳突然爆炸后，1.5亿公里原理的地球会立即脱离太阳轨道，但光从太阳传播到地球需要8分钟，也就是引力速度超过光速，这显然与爱因斯坦的狭义相对论相矛盾。

牛顿提出万有引力时，没有解释什么是万有引力，也没有解释万有引力是如何工作的。两个物体相距数亿英里。他们为什么做爱？

1907年的一天，爱因斯坦坐在瑞士的一间办公室里。经过曲折的思考活动，他终于意识到了这个问题的答案。狭义相对论通过相对论原理确立了不同观察者的观点是平等的。对于所有匀速运动的观察者来说，物理定律都是一样的。但是那些加速运动的人呢？爱因斯坦发现加速度和重力是通过空和时间的弯曲联系在一起的。让我们看看他是怎么做的。

爱因斯坦首先通过一系列实验证明，所有的加速运动都是在空之间弯曲的，时间是卷曲的。此外，爱因斯坦发现引力实际上是时间和空之间的弯曲。这就是广义相对论的思想本质。

这是什么意思？当没有物体或能量时，空在二维平面上应该是平的。但是在这个二维平面上，如果有一个大质量的物体，会让这个平面凹陷，类似于一个球掉进网里。地球绕着太阳转，就好像有一根绳子连接着地球和太阳。实际上，地球处于太阳将空下陷的轨道上。我们称这种现象为重力作用。

所以地球和太阳之间神秘的引力就是太阳的存在，导致空之间的弯曲。因此，爱因斯坦的广义相对论结合空之间的弯曲来解释引力的作用，阐述了引力的动机是宇宙的结构。

因此，根据这一理论，如果太阳爆炸，地球需要八分钟才能知道太阳因引力而爆炸的事实。

好了，今天我们讨论了爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论，今天就到这里。如果你喜欢我的文章，请关注“小广播阅读”或与朋友分享。谢谢你。

收集115条评论