據說，這是一本沒有數學門檻也能讀懂的相對論

閱讀科學家的趣聞軼事，並不能幫助我們真正理解科學家。科學家很大程度上被他的科學研究定義。

《海灘上的愛因斯坦》這本書不是愛因斯坦的傳記，而是對過去一百年建立在愛因斯坦相對論之上的物理世界的梳理。書的題名讓人想到牛頓對科學探索的比喻 ——真理的大海無窮無盡，而科學家只是在海灘上拾貝殼的孩子。而這些「孩子」，需要做的是將漂亮貝殼分享給更多的人。

比如，我們在談論時間的時候，習慣把它當像「一台最新款的iPhone手機」、「卧室里靠牆擺放的一張書桌」這樣客觀存在、每個人接受起來差不多的東西。

但1915年愛因斯坦提出廣義相對論以來，這種客觀的「時間」消失了，時間對於每個人而言可以完全不一樣！

同樣的，如果在宇宙不同位置發生兩件事情，我們無法有意義地談論它們哪個發生在前哪個發生在後。

相對論的神奇還不止於此。當物理學家們把廣義相對論的原理投入到宇宙學的研究中，原本備受同行質疑的黑洞理論忽然間變得十分合理。

諸如此類的例子還有很多，每個人都可以在知識的海洋里遨遊，翻開本書，文科生也可以藉助插圖脫離日常的時間和空間觀，踏入愛因斯坦的彎曲時空。

懷著一顆求知探索之心的青少年，也可以了解愛因斯坦提出相對論的來龍去脈、回顧相對論對宇宙學產生的革命性影響，揭開宇宙的面紗並得到屬於自己的時間版本。

概念革命

文 |[法]馬克·拉謝茲-雷伊

本文摘自《海灘上的愛因斯坦》

愛因斯坦很明確地感受到，必須放棄牛頓定義的絕對空間和絕對時間的概念。這種在我們的認知中為所有人清楚定義的唯一時間和唯一空間，其實只是騙人的表象：這些概念沒有絕對的物理現實。

我們之前認為的「時間的流逝」，其實應該由我們每個人自己來看作「固有時間」（temps propre）的流逝，這隻對自己一人有效而對任何其他人都無效，它沒有絕對性，沒有通用性。

但是，在地球上，我們每個人的固有時間差別非常小；這就使我們所有地球人可以在我們地球人的層面將它們表述為唯一的時間，這就是我們一般習慣所稱的「世界時間」。

這一概念革命是如何與我們的日常視角相統一的呢？一切都只是一個精確性的問題。與時空概念的微妙影響相比，我們「日常」的度量概念是非常有局限性的。

經過這一非常細緻的界定，由所有人類及其所處環境（地球或太陽系）組成的「系統」，可以被認為是唯一的「物理物體」，它相對於宇宙來說是極其微小的。在這一粗略計算中，共同的固有時間與組成全人類的物體相關聯。正是這一物體的固有時間被我們稱為「世界時間」。

在日常生活中世界時間運行得非常好，甚至對許多只需要一定精確度的物理測量也是一樣。但一旦有更精確的必要，就不能「混合」人類和地球上的物體，當這些是統一且唯一的物理物體；也無法接受有一個共同的時間（無論是不是世界時）對所有人同樣流逝。而無論何種精確，當研究的對象是運動極快的物體時，這一假設無論如何都會變得行不通，例如在加速器中的粒子或宇宙輻射（它也是粒子，但由自然的宇宙進程加速）。

地球上流逝的時間，沒有什麼是「共同時間」，我們日常度量的精確度讓我們看不到這一點。但理解以下一點是很重要的：在基礎層面，在概念層面，調和自然現象與對所有物體都同樣流逝的整體時間概念是不可能的。

今天看來整體時間的概念過時了。在關於世界本質的理論或哲學思考範圍內，已經沒有了它的位置。剩下的只有每個人的固有時間這個概念，但它反映的只是我們感知世界的方式，而非世界自身運行的方式。

但是（幸好），一個絕對框架是存在的，它被完美地定義，其中發生著各種現象：那就是時空。它的幾何特性被毫無爭議地定義。它構成了所有物理物體、所有觀察者，以及所有物理現象的共同框架：我們都（無一例外地）生活在時空里，而不是「空間和時間裡」。

愛因斯坦的新理論—狹義相對論—就是在時空里被刻畫出來。它的優點就此展現：只要規律是在這一框架中被刻畫，它們便「魔法般地」有了更優雅更簡單的表述！例如，根據洛倫茲方程式—它完全誤導了二十世紀初的物理學家—速度的疊加被簡單地詮釋為時空中的旋轉（就是把在三維空間內的慣常旋轉擴展到四維空間）。（通常意義上的）速度變化在時空中僅僅是一個角度而已。運動學—直到那時還被看作時間軸上的變化—成為時空中的幾何，即「時間幾何」（chronogéométrie）。

讓我們想想牛頓的慣性原理吧：「自由物體（不受任何外力作用的物體）在空間中保持靜止或勻速直線運動的狀態。」在狹義相對論中，這一原理變為：「自由物體在時空中進行直線運動。」陳述和概念都變得更簡單。

可以看到愛因斯坦的理論在表達物理定律時總體來說比較簡單。當然，單這一點並不說明它就是正確的。但許多物理學家（包括愛因斯坦）一直認為理論的簡單性、濃縮性及統一性，可能是有利的信號。但是人們知道—愛因斯坦也一直重複這一點—最終的標準仍然是實驗的檢驗：一個理論僅僅是優雅或簡單並不足以正確地應用於真實的世界。物理學的規則是嚴格的！從這點看來，狹義相對論完美地通過了所有的檢測。

《海灘上的愛因斯坦:帶上相對論去度假》

[法]馬克·拉謝茲-雷伊 著

《海灘上的愛因斯坦》將帶領我們回到20世紀的物理學界，講述以愛因斯坦為首的物理學家們提出、完善和驗證相對論的歷史，還原物理學家們在發現既有的牛頓物理學、伽利略運動學無法解釋一些物理現象時，如何提出種種新的解釋，最後怎樣不可避免地跨出革命性的一步，走向更加精妙、簡潔的相對論。人類對於時間、空間、速度以及引力等基本概念的認知就此改寫。

-END-

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