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人类世界的速度比光速要慢得多，即使是汽车、火箭，离光速也还有相当的距离。能主宰人类世界的是牛顿力学，它在人类目前的活动范围内基本是成立的。
牛顿第一定律：任何物体都要保持匀速直线运动或者静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。
牛顿第二定律：物体加速度的大小与合外力成正比，与物体质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。公式如下：
牛顿第三定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。公式如下：
仔细看这三条定律，它们是对称的（作用力和反作用力）、静止的（一切物体都试图保持静止状态）和平衡的（质能守恒）。牛顿认为世界就是这样的，是和谐的、优美的、对称的、静止的、被动的、机械的和平衡的。
科学家的这种形而上的立足点很重要，像爱因斯坦、哥德尔等对物理规律的认识，也立足于他们对这个世界形而上的认知之上。
牛顿的体系，就是你只要给我一个初始状态，我就能知道你未来任何一个时刻的状态。这是牛顿力学里非常重要的一个特点，知道初始态，可以推导出永远，这叫“宿命论”，就是你生下来，我就知道你将来是怎么回事。
牛顿力学给人安定感、确定性。但这只是牛顿的一厢情愿，他认为世界就是这样确定的，可事实并非如此。
牛顿力学碰到很多问题，尤其是天体和光速的问题。爱因斯坦因此提出狭义相对论来修正牛顿力学的不足，可以用质能公式来表示：
根据公式，如果 v （速度）等于 c （光速），则分母为0, E （能量）就是无穷大。能量不可能无穷大，只有质量非常小的粒子，比如电子，其速度才有可能接近光速，但也达不到光速。所以光速不可超。
我们可以通过洛伦兹变换（
牛顿系统用的是伽利略变换，但在爱因斯坦的这个系统里不适用）得出很多结论，其中一个就是，速度越快，质量越大。
另一个是，速度越快，长度越短。一根杆子沿着某个方向移动，当接近光速的时候，杆子会缩短。孙悟空金箍棒的传说看来也是有理论基础的，只要速度够快，金箍棒就可以缩短。
第三个重要的结论是，速度越快，时间越慢。
以上是从爱因斯坦狭义相对论推导出的一些有趣的公式，这些公式都跟我们的常识不符。比如我们通常认为，物体的质量是不变的；物体的长、宽和高是可以测量的，不会无缘无故地变化。比如我们的手机，是多大就是多大；时间是恒定的、均匀的、不变的。但是爱因斯坦的相对论告诉我们，三维世界是个变量，不仅如此，要准确叙述我们所处的宇宙，还要引入时间这个变量，三维世界必须升级为四维世界。
爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，这个世界不是三维的，是四维的。原本我们觉得时间不是个变量，在牛顿力学里时间是不会变的，但爱因斯坦告诉我们时间是个变量，时空是紧密搅和在一块儿的，我们处在一个四维的世界里。
这个世界是个什么样的四维世界呢？当物体运动的时候，时间会变，长度会变，质量也会变。一模一样的两个人，一个人住在山顶上，一个人住在山脚下，哪个人活得更长？考虑到地球自转，山顶上的人转得快，理论上来说山顶上的人比山脚下的人活得长。一个人整天在宇宙中旅行，和一个人在地球上不动，哪个人活得长？旅行的人活得长。
人类的运动速度很少接近光速，所以我们感觉不到这些。但假如我们成为粒子，那就不得不考虑这些了。
爱因斯坦在思考这个问题的时候，考虑过各种不同的可能性，其中有种可能性认为光速是可变的。因为根据原来的伽利略变换推导，光速是不一样的。我在汽车里，你在火箭上，我们俩看到的光速是不一样的，这非常自然。但爱因斯坦大胆假设：不同的惯性系光速不变，而且光速不可超。这个假设，最后全部通过了实验的验证，因为这个假设才有了狭义相对论。
为什么“光速不可超”？为什么光速在惯性系里都是一样的？所有其他速度都是相对的，唯独光速是绝对的，还是不可超的。也许光速就是人类的结界。我们被限制在这个时空里，无法跨越。
中国古代神话里说：天上一日，地上十年。这个道理跟相对论说的一模一样，不知道爱因斯坦当时是不是知道中国的这个神话故事。天上速度快，天上一天地上就好几年，这就是相对论。神话有时候出奇地准确，有时候有预言的作用，看来我们不能简单地将其看成儿童故事。
有了狭义相对论，有必要理解一下广义相对论。
狭义相对论主要说：时间和空间是不可分割的整体。
而广义相对论讲：引力场等效于时空的弯曲。
如果你理解了狭义相对论，广义相对论便很容易理解，因为时间是个变量。狭义相对论跟光、粒子相关，广义相对论跟大物体相关，比如太阳等恒星，甚至黑洞。
一个大物体，比如中子星——由中子构成的一个星球，是很重很重的，原子很松散，原子核是由中子和质子组成的，这两个非常重。如果原子坍塌了变成一个质子中子星，就非常重，密度非常大。这样的大物体，大密度的引力场，就会使时间和空间弯曲，三维坐标不是三维坐标了，而是一个球体坐标，其中时间也弯曲了。也就是说，把时间变成变量，这样就好理解了。
在太阳周边应该也是如此，太阳还不够大、不够重，密度也不够大。黑洞是大到已经连光都出不来了，时空弯曲到一个奇点了，数学上叫不可解。霍金关于黑洞的所有理论都是猜想，实验也做不了，因为所有东西都出不来，连光也出不来。
爱因斯坦广义相对论的引力场公式是一个微分方程，他用这个描述引力场和时空的关系。
先看看这个方程，这是一个二阶的偏微分方程。微分方程有常微分、偏微分，有一阶、二阶，各种阶。二阶偏微分的解需要满足特定的边界条件或初始条件，有多个解。
这个二阶偏微分方程的每一个解都是一个宇宙，这里“宇宙”的含义既包括整个空间，也包括时间。
假如我们的宇宙是在特定初始态下的一个解，那么会不会还有其他解，也就是有其他宇宙的存在？
根据这个公式，是这样的！
每一个解都是一个宇宙，都是一个时空、一个体系。所以有人提出多重宇宙的概念。在适当的初始条件下，方程有唯一解，一般没有通解。
这里就引出另一个重要课题——数学，许多理论没有数学就没法讨论。