前言

本書的目的是用最簡(jiǎn)單的語言講述愛因斯坦的時(shí)空理論，并呈現(xiàn)它深?yuàn)W的美。我們一路推演到愛因斯坦最著名的方程——E=mc2，沿途所用公式不會(huì)比勾股定理復(fù)雜。即使你不記得勾股定理，也不用擔(dān)心，我們會(huì)給予詳細(xì)的講解。我們希望讀者讀完本書的同時(shí)，能夠領(lǐng)會(huì)到現(xiàn)代物理學(xué)家是如何思考自然、構(gòu)建物理理論的。這些理論越來越有用，并最終改變了我們的生活。通過建立時(shí)空模型，愛因斯坦鋪平了理解恒星發(fā)光的道路，揭示了電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的深層工作機(jī)制，并最終奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。本書的另一個(gè)目的是提出質(zhì)疑，并激發(fā)挑戰(zhàn)精神。物理學(xué)本身不具爭(zhēng)議，愛因斯坦的理論是非常完善的，它有大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持，我們都將逐一為您解釋。然而，我們還得強(qiáng)調(diào)，在特定條件下，愛因斯坦時(shí)空理論必須讓位于更加精確描述自然的理論。科學(xué)沒有普遍的真理，有的只是對(duì)世界尚未被證偽[1]的觀點(diǎn)。目前而言，唯一可以肯定的是，愛因斯坦的理論是可行的。換句話說，科學(xué)的挑戰(zhàn)性在于，我們的思維必須直面周遭世界。不管是不是科學(xué)家，我們每個(gè)人都有直覺，都會(huì)從日常經(jīng)驗(yàn)出發(fā)來推斷世界。然而，如果按照嚴(yán)肅而精準(zhǔn)的科學(xué)方法觀察自然，結(jié)果常常違背直覺。從書中你就可以讀到，當(dāng)物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，空間和時(shí)間的常識(shí)觀念將被打破，并被全新、驚人而優(yōu)美的觀念替代。這一課讓人受益匪淺，又令人謙遜，它讓許多科學(xué)家對(duì)自然心生敬畏：宇宙本身遠(yuǎn)比我們?nèi)粘Ｋ?jīng)歷的現(xiàn)象要豐富得多。最奇妙的就是，豐富多彩的新物理自身充滿了令人驚訝的數(shù)學(xué)之美。

科學(xué)形象艱澀，但核心并不復(fù)雜。你可以用科學(xué)清掃內(nèi)心的偏見，以便客觀地觀察世界。能否達(dá)到這個(gè)目的，另當(dāng)別論，毋庸置疑的是，我們將從中學(xué)到宇宙運(yùn)行的知識(shí)。真正困難的是學(xué)會(huì)如何走出常識(shí)的蒙蔽。只有遠(yuǎn)離內(nèi)心的偏見，接受自然如其所是，科學(xué)方法才能創(chuàng)造現(xiàn)代技術(shù)世界。簡(jiǎn)而言之，科學(xué)必將行之有效。

本書的前半部分推導(dǎo)了方程式E=mc2。在這里“推導(dǎo)”指的是講述愛因斯坦是如何得到該公式的，也就是講述如何得到能量等于質(zhì)量乘以光速平方。想一想，這很奇妙。我們最熟悉的能量是物體的動(dòng)能；如果有人朝你扔板球，當(dāng)臉被擊中時(shí)，就會(huì)有疼痛感。物理學(xué)家認(rèn)為疼的原因是在擊中人臉時(shí)能量轉(zhuǎn)移到了臉上，被轉(zhuǎn)移的能量就是投擲者給板球的動(dòng)能。質(zhì)量是一個(gè)物體所含物質(zhì)的量度。例如，板球比乒乓球重，比行星輕。質(zhì)能方程告訴我們能量和質(zhì)量是可以互換的，就像美元和歐元是可以互換的一樣，只不過，這里的匯率是光速的平方。愛因斯坦究竟是如何得出這個(gè)結(jié)論的，光速又是如何進(jìn)入質(zhì)能方程的？我們將給讀者提供一個(gè)科學(xué)的解釋，而不僅僅是講述一個(gè)故事。這一過程不需要任何科學(xué)背景知識(shí)，我們也會(huì)盡量避免使用數(shù)學(xué)公式。希望以此為講述帶來新意。

在書的后半部分，你將看到質(zhì)能方程如何支撐我們對(duì)宇宙運(yùn)行的理解。為什么星星會(huì)發(fā)光？為什么核能比煤、石油更高效？接著，“什么是質(zhì)量？”這個(gè)問題將引導(dǎo)我們進(jìn)入現(xiàn)代粒子物理學(xué)的世界，帶我們到日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)旁，去尋找希格斯粒子，去解釋質(zhì)量的起源。本書最后還會(huì)給出愛因斯坦的另一個(gè)驚人發(fā)現(xiàn)，即時(shí)空結(jié)構(gòu)是重力的終極原理，它支持一個(gè)奇怪觀點(diǎn)：地球圍繞太陽(yáng)“直線”下落。

[1]任何科學(xué)理論都有一定局限性，超出范圍就必須建立新理論，原有的理論就被“證偽”了。