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2023-05-05|閱讀時間 ‧ 約 7 分鐘

爲什麼相對論比量子力學更容易接受？

    不那麼客觀地說，「相對論」算世界上最難的三個字之一。怎麼形容它的恐怖程度呢？你上一次被三個字嚇到，可能還是你的學生時代——
    如果非要給狹義和廣義，加上一個恐怖程度的區分，那分別是——
    好了，廢話少說，咱們直奔主題，啃一啃這個難題。
    相對論到底是幹啥的？
    首先你得掌握一個大前提：知道相對論爲什麼難。
    因爲在相對論的世界裏，你跟盲人沒啥區別。
    我們知道，物理學家這個物種，腦殼裏有着豐富的想法，他們能想到你想不到的、看到你看不到的。比如在他們眼裏，世界有三個尺度：
    咱們只能感受到中間這個尺度，其他兩個太小或太大，接觸不到，所以很難被理解。
    不過不用怕，跟着混子哥飛到科學最高處，非常通俗粗略地概括一下。
    狹義相對論主要說的是：你跑得越快，衰老得越慢。
    廣義相對論主要聊的是：
    引力不存在，其實是時空被某種東西扭曲了……
    咱們展開講講。
    一、狹義相對論
    在愛因斯坦之前，大家都覺得，時間和空間老公平了，對誰都一樣，一天就是一天，一米就是一米，誰也不多誰也不少。
    這叫絕對時間和絕對空間。
    牛頓的那些理論，就是建立在絕對時間和絕對空間的基礎上。
    結果愛因斯坦出來反駁了：
    每個人都有自己的時間。
    這句話怎麼理解？
    混子哥總結了一句不那麼嚴謹但方便你理解的話：
    光速在任何時候都是不變的。
    嚴謹地說，應該是在任何慣性參考系下光速都是不變的，大概就是說在勻速直線運動和靜止狀態下，光速不變。
    這是狹義相對論的基礎前提。瞭解個大概就行。
    如果你書讀得少，我來告訴你這句話啥意思。假設阿貓在車上打開手電筒，
    阿狗在車外面看着。
    光從手電筒射到車廂上，阿貓看到的光速，和路邊阿狗看到的光速是一模一樣的！
    但按照常理，阿狗看到的光速應該是這樣的：
    這叫速度疊加原理。
    而且對他們來說，光走過的路明明不一樣。
    看起來，同一段時間觀察同一束光，速度一樣，位移應該一樣，但實際卻不一樣！
    問題出在哪裏了呢？來，我們大家跟着阿貓阿狗一起懵！沒關係，當年愛因斯坦也懵了，不過人家後來想明白了。
    阿貓和阿狗經歷的時間，其實是不一樣的！
    阿貓打開手電筒射車廂上，它做這件事花了1秒。
    阿狗在旁邊看着阿貓做完這件事，卻花了2秒。
    看明白了吧，很明顯阿貓的人生變慢了，賺了啊！
    但爲啥我們平時感覺不到呢？
    因爲速度太慢。把阿貓的車換成復興號高鐵，阿貓和阿狗能感覺到的時間差，可能也只有十億分之一秒。
    平時生活中你感覺不出來，說明你很正常，只有車速接近光速，感覺纔會明顯。
    你可以理解光速是用來計時的。你跑得越快，你相對別人的時間就慢，這叫時間膨脹，也叫鐘慢效應。
    除了會有時間膨脹，還會出現長度收縮和質量變大的現象，這裏混子哥就不多說了。
    當然了，在日常生活裏也是感覺不出來的。速度越接近光速，這些現象就越明顯。
    好了，恭喜你，已經搞懂了相對論……的核心內容。
    雖然每個人都有自己的時間軸，但通常情況下，大家會像被梳子梳理過一樣，比較整齊。
    於是你下班的時候，我也要下班。
    可尺度一大，就容易抓瞎，速度越接近光速，每個人的時空差異就越明顯。有的相對快，有的相對慢。
    這個情況就容易造成悲劇。
    實際情況不至於這麼誇張，需要取決於你我的位置和速度等狀態，但大致就這麼回事。
    像愛因斯坦這種天才，人生格言就是「生命不息，想象不止」，他就想了，運動會讓時間和空間變化，那麼運動會讓質量和能量變化嗎？
    於是他提出了那個網紅公式：質能方程
    很熟對吧？知道這個很牛吧？表面上看也很簡單，不超出小學乘法的課綱。
    咱們先來看這個公式啥意思。愛因斯坦覺得，任何東西既有質量，也有能量，這倆是同時存在的屬性，就像一個人，有身高，也有體重。
    於是想知道一個人有多少能量，不用聽他嘴上說什麼，上個秤，得到他的體重，算一下就好。
    光速大家已經知道了，約等於300000000m/s，很好算吧。
    你可能還好奇一個問題，這玩意兒不是用來造原子彈的嗎？
    其實不是，質能方程跟造原子彈沒啥關係，它只是能算出原子彈的威力。
    簡單地講，原子彈靠的是核裂變啥的，中間的過程很複雜。你只需要知道，原子彈一爆炸，就有部分質量消失了。
    那消失的質量去哪兒了呢？
    重點來啦，其實質量沒有憑空消失，而是以能量形式釋放出去了。
    這裏要注意，不能說質量變成了能量，它們不是轉化關係。
    質量與能量同時存在，是等價的，所以要說以能量形式釋放了。
    那能量有多大呢？
    這時候咱們用上面的質能方程就能算出來，而且因爲光速的值極大，就算一點點質量，也能釋放巨大的能量。
    所以原子彈威力才能如此恐怖。
    二、廣義相對論
    講這個，咱們還得請出家住牛家村的牛頓。
    據說有天他坐在村頭蘋果樹下，被蘋果砸了，於是他說，萬物之間有種力，叫萬有引力。
    以咱們的地球爲例，起初他是個無憂無慮的追風少年。
    但是拗不過太陽的引力，就只有被牽着鼻子遛彎的份兒，這就是傳說中的公轉。
    這個大家都學過，萬有引力揭示了一個宇宙真理：噸位決定地位，誰減肥誰腦子進水。
    可是愛因斯坦又跑出來唱反調。
    是胖子太胖，扭曲了時空，瘦子自己站不住，溜過來的！
    愛大爺的解釋是這樣的：世上根本沒有引力，引力本質是質量扭曲了時空。
    啥意思呢？
    至於扭曲程度，取決於物體的質量。這事兒就好比玩蹦蹦牀。
    時空就像蹦牀上的網，一旦時空被扭曲了，就會影響周圍的東西。
    扔一個橙子，橙子就會繞着熊孩子轉，同理，地球也這麼繞着太陽轉。
    這就是愛因斯坦廣義相對論大概的核心內容。
    奇妙不？咱們常識以爲，地球繞太陽公轉，是因爲引力。
    但用廣義相對論解釋就是：太陽太胖，壓彎了時空，地球是自己溜過去的！
    這話聽了，擱誰誰不蒙啊！大家紛紛要證據。證據是啥呢？
    日全食的照片可以證明。故事是這樣的：當日食的時候，所有人都在看太陽，科學家們卻盯着其他地方。
    日食發生時，天空一片黑，
    白天的時候也能看到星星。
    如果太陽周圍的時空被扭曲了，那麼星星的光線經過時就會拐彎……
    在地球上看就是星星的位置改變了。
    等到半年以後，地球繞到太陽的背面，就會發現星星的實際位置。
    這時候有人就不服氣了，這事兒萬有引力也能解釋啊！不就是光線被勾引着拐了個彎嗎？
    真別不服，後來愛因斯坦設計了一通非常複雜的計算，結合其他天文學家的觀測，證明了廣義相對論。
    愛因斯坦厲害就厲害在這兒，他憑着一腦之力，愣是想出了一個複雜的宇宙，最後還能被科學證明不是亂說！
    好了，愛因斯坦的相對論就簡單講到這裏，具體原理其實很複雜，還涉及很多數學計算，混子哥也不給你多講了。
    最後照例做個很學術的總結吧，讓你出門跟別人聊也能顯得專業。愛因斯坦的成就主要體現在統一這件事上：
    相對論統一了時間和空間、質量和能量。
    用愛因斯坦的一句名言結個尾吧：想象力比知識更重要，因爲知識是有限的，而想象力是無限的，它包含了一切，推動着進步，是知識進化的源泉。
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