说实话，应该我们每个人都想去太空旅行吧，但是要去太空旅行是不是最少要知道点宇宙，有个基本的宇宙观吧。我们的科学家在研究宇宙的基础依旧就是包揽宇宙万象的“万物理论”，自从它从奇点大爆炸依赖，到目前还没有被发现，但是它的三个后代牛顿理论、相对论、量子理论已经被发现了，所以就等着我们有缘人去揭开它的面纱了。这三个后代同根相生所以也是骨肉相连，在这里我们的重点是相对论。

说到相对论，相信稍微接受过教育的人基本都听说过。但是说到具体它是什么，大部分人可能都没有一个准确的定义，知道它是爱因斯坦发明的，或许还记得一个公式：E=mc²。聊到太空，聊到宇宙，我们经常会有一些好奇，比如黑洞真的很黑吗、这两年大热的量子纠缠究竟是什么鬼，还有引力波是什么东西，我们真的可以时空旅行吗？在汪洁的这本《时间的形状》中，对于相对论有了一个完全的认识，更重要的是对于物理、天文等各学科也从书中由浅入深地有一个相对全面的了解 ……[ 展开全部 ] 。

进入正题前，我们来简单聊个八卦，其实爱因斯坦并不喜欢别人把它的这个理论叫做“相对论”，而更喜欢叫做“不变论”，具体原因我们稍后随着故事发展也就可以知道了。

第一梯队——伽利略和牛顿

我们都知道，科学家都是站在历史的肩膀上的，所以我们就需要先来稍微讲下历史。就从牛顿那个时代说起吧，比牛顿早那么百年时间，伽利略首先提出了著名的自由落体定律定律，就是不考虑空气阻力所有物体的下落速度都是有一个固定加速度g，同时还提出了一个历史上的乌云，空间中是否有物质（这个物质叫做“以太”）存在。通过思维实验，在此基础上又提出了相对性原理：在任何的惯性系中，力学规律保持不变。在此基础上又进一步提出了伽利略变换式，在同一个坐标系中，匀速直线运动就可以计算出初始和重点的坐标和时间。

牛顿是在伽利略逝世后一年才出生，我们通常对牛顿最熟悉的应该就是万有引力定律了，他的其他成就我们这里不再详细来说。接着伽利略，牛顿对于伽利略变换式的思考，在于绝对运动，参考系是否是绝对不动的，如果考虑到运动，那么以整个宇宙空间为参考系，地球的绝对运行速度甚至比太阳的绝对速度都还要快，所以在运动中，都是相对的，没有绝对参考系的存在。

运动是属于抛的一块砖，那么光应该就是我们要解释相对论所引出来的玉。历史上一直认为光是不需要速度的，今天我们小学生都知道了，光是有速度的，而且还达到了30万千米/秒。也就是伽利略才开始质疑光速无限大的，在两个山头上的测试，虽然没有结果，但精神可嘉。在光速测量上，所有的学家前赴后继，直到1849年，法国的一个物理学家才测出来了一个大概精准的速度31.5万千米/秒。

爱因斯坦的相对论

光速测量出来了，那么光速到底是否会变呢？1900年，著名的“麦克尔逊-莫雷实验”发现无论如何处理光所在的场景，速度都是一样的，这个实验却是证明了空间中没有任何物质存在，同时光也是恒定不变的。正是在这些理论基础上，爱因斯坦提出了相对性原理：在任何惯性系中，所有物理规律保持不变，那么根据一系列的思维实验和公式换算之后发现运动的时候时间会发生膨胀和收缩现象。

（具体实验比较复杂，只能放一个时间变换的神奇公式和空间距离变换公式：）


伽利略变换公式



空间距离变换公式
在考虑物体的速度和运动的时候，我们都知道有一个基本的物理定律——动量守恒，那么在考虑参考系加入上面所提到的光速因子之后，它会变成什么样呢，就是新的质速关系式，通过这个公式我们可以做进一步的推算，也终于知道了为什么《三体》中一个外星文明用一个玻璃弹珠大小的物体，就击毁了另一个外星文明的“太阳”。这也就是爱因斯坦的相对论雏形，速度越大，质量也就会越大。对上面的那个公式变形之后，就是我们熟悉的狭义相对论：E=mc²，因为这个理论公式中，最重要的部分是光速不变，所以他更愿意把这个理论叫做“不变论”，而不是“相对论”。1克的物质可以爆发出来的90万亿焦耳的能量，那么一个成年人呢，这个公式也是告诉我们我们每个人都是一堆的氢弹啊。


相对论质速公式
狭义相对论出来了，但是毕竟有很多自相矛盾的地方，比如在太空中相遇的像个人，从对面来看，根据狭义相对论的时间膨胀和空间收缩来看，对方都是有一个亮点再慢慢变大，然后又变小，那么他们的时间究竟是谁比谁慢，他们的飞船又谁比谁小呢，所以就需要理论升级了。

叫黑洞是因为它心黑

爱因斯坦通过一个太空大转盘实验，向我们证明了，在高速运转时，圆盘上的时间弯曲了，也就是引力使得时间发生了弯曲，进而证明了空间并非平直，而是——弯曲的。这就是广义相对论的时空弯曲效应，在引力越强的地方，时空被弯曲的越厉害，也就是时间变得很慢。【一个很有意思的结论就是，以后从中国飞美国就会年轻一点，从美国飞中国就会老一点。】所以一个星球如果越重，那么它的周围空间就会弯曲得越厉害，而引力的实质就是空间的弯曲——就想象在一个大碗里面，碗壁上运动的物体最终肯定是要落到碗底的。这里就要特别提出一个黑洞，质量越大，引力越强，因而空间弯曲的越厉害。因此想象宇宙就是一张网，就会在这个星球所在的地方形成一个下陷的洞，任何掉进洞里面的东西，都必须要有足够的速度才能逃出来，这个最低速度就是逃逸速度。当一个洞里面逃出来所需要的速度甚至比光速还要大的时候，那么就意味着光也别想出来了，其他的东西就更不可能了，所以这个洞因为比较心黑，就叫做黑洞了。


黑洞
有黑洞，对应的就有白洞，黑洞是吸东西的，那么白洞就是往外放东西的。再继续推理，那么黑洞连接白洞，是不是就是虫洞了呢，有了虫洞，是不是可以进行时空旅行了呢。【理论上有可能进去黑洞的是一个人，出来白洞的是一堆粒子。】


虫洞
爱因斯坦说，时间和空间不仅不能独立于宇宙，而且不能互相独立，引力不可能只使得空间弯曲而时间却安然无恙。时空，不等同于时间和空间，我们在空间上有三个维度，在必须加上一个时间的维度，那么就构成了时空。因此我们在空间中的运动速度会分走在时间上的运动速度，空间中运动越快，时间上就越慢。

关于《时间的形状——相对论话史》这本书，书中采用诙谐有趣的方式为我们由浅入深地描述了大量的科学、物理学、天文学的知识，包括时空旅行、星际贸易、大型粒子对撞机等等都有详细介绍。作为宇宙所有通用的“万物理论”究竟什么时候才能够被人类发现，则需要更多的人才进入这个领域，而本书作为大众的一个科普作品，非常值得作为我们去了解未知宇宙的启蒙。
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