時間的形狀：相對論史話（簡體書）

永恒流淌的時間，是真的摸不著看不見，還是有形狀和終點？

我們所處的空間，是三維四維還是五維？

我們能不能踏上時光機，任意穿越時空回到過去和未來？

這些，都將在本書中找到答案。

跟隨作者，你可以進入愛因斯坦的夢境，坐在牛頓老師的課堂，來到星光實驗的現場……

近距離接觸科學的真相。

你將輕鬆了解一個你以為深奧得無法捉摸的理論，你將進入一個你以為奇妙得永遠理解不了的世界。

這不是一本書，這是一個全新的宇宙觀。

這本書與其說是一本穿越時間去看時間的書，不如說是在時間中看大師們留下的時間軌跡。

汪潔

中國科普作家協會成員、“科學聲音”執行秘書。代表作《時間的形狀》獲第八屆國家文津圖書獎。科幻小說《時間囚籠》獲2019年百花文學獎。另著有《星空的琴弦》《億萬年的孤獨》《太陽系簡史》等十多部著作。執導（編劇）科技館特效影片《令人驚嘆的宇宙》，獲2020年第六屆中國科普作家協會“優秀科普作品”獎。自媒體電臺“科學有故事”榮膺喜馬拉雅FM2019 年和2020年“十大z具商業價值主播”獎。

1，十年經典暢銷，影響無數青少年

豆瓣評分8.9，科普類圖書TOP100

中國科技部2018年全國青少年推薦閱讀書目

國家教育部2018年全國中小學生推薦閱讀書目

2，現代物理兩大基石之一，解答人類終極問題

時空穿越、時間循環、彎曲時空的理論根據。想看懂《三體》《星際穿越》《盜夢空間》《銀翼殺手》等科幻經典，必須懂點相對論。

3，升級版全面煥新

內文重新修訂，增加新近科學進展，修正上一版錯謬。超過100張漫畫、科學示意圖、珍稀高清照片，你離相對論從未如此之近。

新版序

前言

第一章 不得不說的廢話

關於相對論的謠言粉碎機

你必須了解的四個概念

第二章 伽利略和牛頓的世界

相對性原理

伽利略變換式

史上最牛煉金術士牛頓

牛頓的絕對運動觀

牛頓水桶實驗中的絕對時空觀

第三章 光的速度

伽利略吹響衝鋒號

光速測量大賽

驚人的發現

科學史上最成功的失敗

第四章 愛因斯坦和狹義相對論

兩朵烏云

巨星登場

第一個原理：光速不變

第二個原理：物理規律不變

環球快車謀殺案

同時性的相對性

時間會膨脹

空間會收縮

速度合成

質速神劍

光速極限

質能奇跡

四個搞腦子問題

第五章 廣義相對論的宇宙

愛因斯坦的不滿

生死重量

等效原理

太空大圓盤

時空彎曲

引力的本質

水星軌道之謎

星光實驗

沒見過這麼黑的洞

從黑洞到蟲洞

壓軸大戲

第六章 時空那點事

時空中的運動

四維時空

時間旅行

星際殖民

星際貿易

第七章 再談四維時空

宇宙時空的終極圖景

神奇的四維

第八章 上帝的判決

上帝玩不玩骰子？

美劇《生活大爆炸》

要命的雙縫

玻爾的上帝

EPR實驗

宇宙大法官

上帝的判決

萬物理論

第九章 宇宙是一首交響樂

萬物皆空，唯有音樂

擊碎原子

宇宙中的四種“力”

超弦理論

偉大的設計

老版後記

新版後記

自小到大，你可能一直會有這樣的疑問：

時間到底是什麼東西？

我們能跨越未來嗎？

我們能回到過去嗎？

光到底是什麼東西？

宇宙到底長什麼樣？有大小嗎？有生死嗎？

我們能像星際迷航一樣穿梭在銀河系嗎？

這個世界的物質到底是由什麼構成的？

物質可以無限分割嗎？

……

這些令人不可思議的問題，科學家到底是如何找到答案的？

看完這本書，或許你將對以上這些問題不再感到疑惑，說不定，你還可以很自信地為你的親朋好友解答他們心中同樣的疑惑。

所有這一切，都要從愛因斯坦發現的相對論開始講起。這的的確確是一個偉大的理論，這是上個世紀人類對這個宇宙秘密最深刻的一次發現。你可能還是在茫然地看著我：“我聽說過相對論，可是它跟我們的日常生活有關係嗎？”

當然是有關係的。比如，GPS導航系統現在已經是一個常用小電器了，我估計很多讀者都有一個車載的，或者手機裡面就有一個。知道嗎，如果沒有相對論，那麼這玩意可就會出大問題。因為根據相對論，衛星上面的時鐘會比地面上的時鐘走得快，每天大約快38微秒（0.000038秒）。這個時鐘的快慢並不是因為計時器精度不夠造成的，而是因為衛星上的時間真的變快了。你設想一下，如果人類沒有掌握相對論的知識，那麼就不會知道發射到天上的衛星哪怕用再精確的計時工具計時，也不可能消除這個誤差。你千萬不要小看這似乎微不足道的38微秒，如果不校正的話，那麼GPS導航系統每天積累的誤差將超過10千米（當然這個誤差是垂直方向上的，不是水平方向上的），如果用這個來導航導彈的話，那麻煩可就大了。因此在GPS衛星發射前，要先把其時鐘的走動頻率調慢100億分之4.465，把10.23兆赫調為10.22999999543兆赫，這些數字全靠相對論才能那麼精確地計算出來。

“神奇！”你大概會驚呼一聲，“相對論原來就是這個啊。”哦不，這並不代表相對論，衛星上的時間變快只不過是相對論無數推論中的一個，我們通過相對論可以精確地計算出衛星上的時鐘和地面上的時鐘的誤差到底是多少。相對論還有很多很多的推論，小到推測水星的運行軌道、在發生日全食時星星的位置，大到可以推演太陽的過去與未來、甚至宇宙的過去與未來。“神奇！”你再次驚呼一聲，“不過你越說越玄乎了，我還是有點不信，你先別說得那麼遠，你前面說啥來著？時間本身變慢了？這個太讓我難以理解了。在我眼裡時間本身是均勻流逝的，我們感受的所謂快慢無非是我們自己的感覺在變化，即便是你的表和我的表走時不準那也不是時間本身不準，而是我們的手表精度不夠造成的。中午12點整開飯對任何人來說都是12點整開飯，這是一個客觀事實擺在那裡，不會因為我們用的是一塊真的勞力士還是一塊山寨勞力士而改變。”坦誠地說，我非常理解你的這種想法，並且我還要恭喜你，你的這個思想和偉大的牛頓是一模一樣的。但非常遺憾，這個想法錯了，真的錯了。

相對論是研究時間、空間、運動這三者關係的理論體系的總稱，它是這一百多年來人類最偉大的兩個理論之一（還有一個是量子理論，那又將是一個長長的激動人心的故事。諾貝爾物理學獎是不足以來評價相對論的偉大的。如果上帝真的存在的話，上帝過去總是說：“人類一思考，上帝就發笑。”相對論之後，上帝改口了：“人類一思考，上帝就發慌。”