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第三章
狭义相对论时空观

在牛顿绝对时空观提出 200 年后,有人却对绝对时空提出了根本性的质疑,并且重新构建了新的时空模型,这个人就是人类历史上与牛顿齐名的伟大物理学家——爱因斯坦。爱因斯坦在1905 年和 1915 年先后分别独立提出狭义相对论和广义相对论,彻底颠覆了人们对时间和空间传统意义上的认知,可以算是真正意义上揭开了宇宙时空的神秘面纱。自此,人们开始认识到,时间和空间其实并不是独立存在的,而是统一成相互联系和相互制约的“时空”,而且时空也并不是绝对稳固不变的,物质的存在和运动对时空本身都有一定的影响。我们把爱因斯坦的这种时空观也称为相对论时空观。

其实,对于 21 世纪的我们来说,相对论时空的概念并不陌生,我们从一些科幻作品中都多多少少有所了解,比如电影《星际穿越》里主人公在米勒行星表面停留了 3 小时,结果回到太空的时候发现同事已经老去了二十多年,这种在星球表面和太空中时间流逝不一样的现象就是相对时空所造成的结果。也许对于从小饱受科幻洗礼见多了黑洞、虫洞甚至穿越剧的我们来说,这种相对时空并不陌生,也没有多么令人感到震惊,但爱因斯坦是在一百多年前完全凭借自己的想象力从每天所看到的普遍现象中洞察出宇宙时空的本质,甚至以一个方程式解释了宇宙时空和质能关系,这是个前无古人的发现,这足以让他成为可以比肩牛顿的20 世纪科学的代言人。我们作为非物理研究者,甚至只是科普爱好者,想真正理解相对论的精髓其实是不太可能的,虽然相对论诞生一百多年后,我们的认知早已不会让我们对这些观点和结论感到多惊讶,但其实更多只是在想象力方面对其进行了“理解”,所以动辄会联想到虫洞穿越、多维空间、多重宇宙等时空模型。然而,即便如此,我们依然可以抛开那些复杂的数学方程,从时空模型的推导过程去更深入地理解相对论时空,去探究时空的真相,并且通过我们的想象力去理解这个宇宙。 X1+Jfa+QUu7PRSTLbfrCKXcjFEZnMHY3WzpDEWO/7OnjelrCUUVIpXvA3d2K+zWF

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