探索時間之謎（簡體書）

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本套《最美的科普書》是專門為中國學生編寫的一套彩色圖解的百科知識圖書。本書按照學科知識的難易程度，由淺入深地講解百科知識，以此來激發孩子們探索知識世界的興趣和熱情，適合學生們獨立閱讀、自主學習。 這本《探索時間之謎(全彩版)》(作者李繼勇)是其中一冊，從微觀和宏觀世界觀測技術領域近幾年來的進展證明瞭許多有關時間理論的預言，把有關蟲洞和時間旅行的激動人心的新知識介紹給讀者。

第一章 時間與相對論 關於時光倒流 大腦對時間的感知 醫學中的時間感知 愛因斯坦相對論的驗證 時空扭曲與相對論 第五維度空間 遐想從二維到N維宇宙 關于時間向前 時間機器 超精度驗證相對論 以用飛船發射鐳射驗證引力波 細“看”日全食 時空旅行悖論現象 第二章 宇宙時間的起點 大爆炸發生在“絕對”混沌中 人類是太空探索的主角 世界最大對撞機破解的謎團 50億年後時間會停止嗎 人類可能飛不出太陽系 關於大型強子對撞機 最昂貴的地下科學設施 一周製造千萬次“宇宙大爆炸” “迷你黑洞”能否毀掉地球 尋找外星人 2012太陽風暴襲來 宇宙膨脹永不停止 地球會出現兩個太陽 發現最重反物質 預測宇宙大爆炸前的情景 宇宙存在在大爆炸之前 宇宙加速膨脹證據確鑿 第三章 神秘天體黑洞 地球源於黑洞 黑洞中孕育宇宙 證明黑洞存在 質量相當於450萬個太陽的黑洞 初期研究讓人失望 每個黑洞內都含有一個宇宙 大型強子對撞機能否形成黑洞 “嬰兒黑洞”帶來探索曙光 模擬三個黑洞合併 聲音黑洞研究霍金輻射 巨大質量黑洞噴湧X射線 存在中型黑洞 5000萬歲黑洞算得上是地球近鄰 中國科學家造出第一個“人造黑洞” 揭秘迷你黑洞 太陽和黑洞 最大的黑洞 超大質量黑洞的形成過程 黑洞的噴射物 巨型計算機識別黑洞收集宇宙聲音 距地球3億光年的獨特黑洞 Arpl47的合成圖片 第四章 時間旅行的“蟲洞" 中國專家“穿越時空”假說持迥異觀點 “蟲洞”位於恒星之間 時光機帶你回過去，帶你去未來 以98％光速飛行的飛船 讓時空旅行不是夢想 大型強子對撞機穿越時空有沒有可能 未來太空技術 

因為根據愛因斯坦相對論，距離引力大的物體越近，時間過得越慢， 距離引力大的物體越遠則越快。霍金做過如此比喻：住在樓上的人，要比 樓下的人老得快一點兒。 愛因斯坦也認為：時空相互交織，時間在不同的場合會發生不同的變 化，也會受到引力、速度等因素的影響。比如說鐘表運動時，比不運動時 運行更慢，如果引力越強，鐘表也跑得越慢。 愛因斯坦相對論是關於時空和引力的基本理論，分為狹義相對論和廣 義相對論。狹義相對論的基本假設是相對性原理和光速不變原理。狹義相 對論和廣義相對論的區別是，前者討論的是勻速直線運動的參照系之間的 物理定律，後者則推廣到具有加速度的參照系中，並且在等效原理的假設 下，廣泛應用在引力場中。相對論顛覆了人類對宇宙的“常識性”觀念， 大膽提出了“時間和空間的相對性”、“四維時空”、“彎曲空間”等數 種全新概念，並提出了著名的質能關系式：E=mc2，即能量等於質量乘以光 速的平方。 愛因斯坦狹義相對論指出：在宇宙中，一個物體運動得越快，時間就 流失得越慢。根據這個理論產生了很多著名的思想實驗。比如著名的“雙 胞胎悖論”：即用一對雙胞胎做試驗，把弟弟留在地球上，哥哥則乘坐光 速宇宙飛船前往遙遠的太空。當哥哥回來的時候，會發現自己還年輕，而 自己的弟弟已經垂垂老矣。 根據廣義相對論，愛因斯坦預測引力和時間之間同樣存在密切關系： 引力場會拖時間的“後腿”，讓時間放慢。引力越大，時間就會過得越慢 。因此，當接近一個質量很大的物體比如地球時，時間也會變慢。 在《和霍金一起探索宇宙》一書中，霍金用了兩個假想的場面來形象 地解釋愛因斯坦的這兩套相對論：一個假想的是環繞地球的快速火車。火 車慢慢加速，直到無限接近光速，此時，火車裏的人的時間可以用“度日 如年”來形容，在假想中接近光速的狀態下，火車上的鐘表的振蕩將會發 生十分明顯的變化；另外一個假想是一艘宇宙飛船從地球出發，飛到了一 個宇宙黑洞的邊緣，正好停留在極端靠近黑洞卻又不會被黑洞吸入的位置 上，此時飛船上的鐘表的振蕩也發生了明顯的變化。不過，無論是能以亞 光速行進的火車，還是能無限接近黑洞的飛船，都只是一個假想而已。根 本不能從現實中來驗證愛因斯坦的引力時間理論。但是現實中還是有一些 設備能夠驗證愛因斯坦的這個理論的。其中最典型的就是用地球表面的時 鐘與人造衛星上的精確時鐘進行對比。人造衛星不僅遠離地球，而且還以 幾千千米每小時的速度運行著。人造衛星上面時鐘的時間比地球上的時鐘 時間略微快一些。 除此之外，科學家早就通過地面上和高速飛行噴氣飛機中的原子鐘之 間發生的變化證實了運動和時間的關系。科學家在一個超級精確的原子鐘 的幫助下，觀測到了，秒速10米，高度差1米的情況下，時間發生的變化。 這項研究由美國標準技術研究院(NIsT)進行研究，相關論文刊登在美國《 科學》雜志上。此次研究也是第一次在地面上證實了引力和時間之間的關 系。實驗結果完全在科學家們的意料之中，愛因斯坦的理論早已被廣泛認 可，這次實驗最特別的就在於這個原子鐘的精確性。 原子鐘是世界上最精確的時鐘。常用的原子鐘使用的是銫原子。後來 ，美國科學家用汞離子來製作更為精確的原子鐘。現在科學家們造出使用 鋁離子的原子鐘。它比汞離子製作的原子鐘還要精確兩倍以上，成為有史 以來“最精確”的時鐘。這個原子鐘的製造者在《物理評論》上發表論文 稱，即使再過37億年，它的誤差都不會超過1秒。 借助這種超級精準的原子鐘，NIsT的科學家得以測量愛因斯坦理論中 的兩個假想場面。首先，他們製造了兩臺一模一樣的超精確原子鐘，放在 同樣的高度上。把其中一臺抬高33釐米，兩架鐘就顯示出了時間差，顯示 它們受到不同的重力出現了差異。位置較低的原子鐘比位置高的原子鐘運 行得慢，大約每隔79年就會慢900億分之一秒。 科學家們隨後又做了另一項實驗，通過對鋁離子施加不斷變化的電磁 場，使其快速往復運動，其速度相當於每秒運動了好幾米，而另一個原子 鐘的鋁離子則保持靜止。結果，運動著的原子鐘，其時間運行也變得略微 緩慢了一些。這個實驗證明瞭“雙胞胎悖論”，運動越快，時間越慢。 這兩項實驗的結果在將來可能會有實際的作用。科學家探測地球磁場 的地理振動時，對測量精度的要求非常高，並借由測量數據瞭解了一些重 要資訊，比如地球上的水是如何分佈的，河流是怎樣流動的。在理想的狀 態下，科學家可以在世界各地都擺滿精確無比的原子鐘，通過測量時間的 不同來測算重力的區別。此外，這兩項實驗提供的不同海拔時間差異的具 體數據，還可以用於調整全球定位系統(GPS)衛星上所攜帶的時鐘，令其更 加的精準。 相對論是關於時空和引力的基本理論，分為狹義相對論和廣義相對論 。狹義相對論的基本假設是相對性原理，即物理定律與參照系的選擇無關 ，和光速不變原理。P16-19