时间的形状:相对论史话/汪洁

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，或许你将对以上这些问题不再感到疑惑，说不定，你还可以很自信地为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*深刻的一次发现。你可能还是在茫然地看着我：“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。知道吗，如果没有相对论，那么这玩意可就会出大问题。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，而是因为卫星上的时间真的变快了。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10千米（当然这个误差是垂直方向上的，不是水平方向上的），如果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，不会因为我们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，它是这一百多年来人类*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。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。”相对论之后，上帝改口了：“人类一思考，上帝就发慌。”