人人能懂的相對論（簡體書）

這一次，你將真正理解相對論，跟上愛因斯坦的腳步，吃透現代物理學基礎！

兩位作者在書中完整解釋時間空間的相對性、光速的極限，以及為什麼愈接近光速，時間就會愈慢等相對論的基礎概念，並且思考一連串更核心的問題：什麼是能量？什麼是質量？光速與能量、質量究竟有什麼關係？為什麼光速是質能轉換的兌換率？在回答這些問題的同時，作者也帶我們來到大型強子對撞機的實驗現場，探索希格斯粒子與質量起源的奧祕。

本書入圍科普書zui高榮譽——英國皇家學會科學圖書大獎決選名單，是近年難得一見深具啟發性的科普讀物，也是一本能讓你真正理解相對論的書。從 E=mc2 出發，我們將能了解所有關於宇宙的道理：時間、空間、質量、能量、標準模型、希格斯粒子……

布萊恩·考克斯

英國曼徹斯特大學理論物理學教授

英國皇家學會研究員

享有英國榮譽“不列顛帝國勛章”

他有三份工作： 在英國曼徹斯特大學教書；在歐洲粒子物理實驗室（CERN）裡研究大型強子對撞機；主持BBC紀錄片《行星》《宇宙的奇跡》《太陽的奇跡》等。

杰夫·福修

英國曼徹斯特大學理論物理學教授

“麥克斯韋物理學獎章”得主

曾任職於盧瑟福實驗室

◆本書沒有比勾股定理更難的公式

見證愛因斯坦的物理革命——相對論的誕生

發現從宇宙黑暗時代運行至今的時空觀

◆未來已來，帶你徹底搞懂相對論是如何改變世界！

顛覆性的通俗易讀——只要你能搞懂勾股定理，就能搞懂相對論

顛覆性的物理革命——從此時空再也不是的，它是可以扭曲的

顛覆性的質能方程——揭秘霍金在《時間簡史》中僅保留的公式E=

◆多家聞名世界的媒體爭相推薦

作者開辟了一條清晰的道路，帶領大家通往令人望而生畏的領域。—《新科學家》

很難想象有哪兩位作家會比布萊恩·考克斯和杰夫·福修更適合這份工作。—《BBC聚焦雜志》

沒有故弄玄虛。兩位聰明的物理學家語言通俗易懂，講述引人入勝，任何有冒險精神的人都會被吸引。—《赫芬頓郵報》

前言 1

章 空間和時間 1

第二章 光速 13

第三章 狹義相對論 27

第四章 時空 43

第五章 為什麼E=mc2 ？ 77

第六章 我們為什麼要關心原子、老鼠夾和恒星引擎？ 107

第七章 質量的起源 127

第八章 扭曲時空 161

本書的目的是用簡單的語言講述愛因斯坦的時空理論，並呈現它深奧的美。我們一路推演到愛因斯坦著名的方程——E=mc2，沿途所用公式不會比勾股定理複雜。即使你不記得勾股定理，也不用擔心，我們會給予詳細的講解。我們希望讀者讀完本書的同時，能夠領會到現代物理學家是如何思考自然、構建物理理論的。這些理論越來越有用，並終改變了我們的生活。通過建立時空模型，愛因斯坦鋪平了理解恒星發光的道路，揭示了電動機和發電機的深層工作機制，並終奠定了現代物理學的基礎。本書的另一個目的是提出質疑，並激發挑戰精神。物理學本身不具爭議，愛因斯坦的理論是非常完善的，它有大量的實驗證據支持，我們都將逐一為您解釋。然而，我們還得強調，在特定條件下，愛因斯坦時空理論必須讓位於更加精確描述自然的理論。科學沒有普遍的真理，有的只是對世界尚未被證偽的觀點。

目前而言，可以肯定的是，愛因斯坦的理論是可行的。換句話說，科學的挑戰性在於，我們的思維必須直面周遭世界。不管是不是科學家，我們每個人都有直覺，都會從日常經驗出發來推斷世界。然而，如果按照嚴肅而精準的科學方法觀察自然，結果常常違背直覺。從書中你就可以讀到，當物體高速運動時，空間和時間的常識觀念將被打破，並被全新、驚人而優美的觀念替代。這一課讓人受益匪淺，又令人謙遜，它讓許多科學家對自然心生敬畏：宇宙本身遠比我們日常所經歷的現象要豐富得多。奇妙的就是，豐富多彩的新物理自身充滿了令人驚訝的數學之美。科學形象艱澀，但核心並不複雜。你可以用科學清掃內心的偏見，以便客觀地觀察世界。能否達到這個目的，另當別論，毋庸置疑的是，我們將從中學到宇宙運行的知識。真正困難的是學會如何走出常識的蒙蔽。只有遠離內心的偏見，接受自然如其所是，科學方法才能創造現代技術世界。簡而言之，科學必將行之有效。

本書的前半部分推導了方程式E=mc2。在這裡“推導”指的是講述愛因斯坦是如何得到該公式的，也就是講述如何得到能量等於質量乘以光速平方。想一想，這很奇妙。我們熟悉的能量是物體的動能；如果有人朝你扔板球，當臉被擊中時，就會有疼痛感。物理學家認為疼的原因是在擊中人臉時能量轉移到了臉上，被轉移的能量就是投擲者給板球的動能。質量是一個物體所含物質的量度。例如，板球比乒乓球重，比行星輕。質能方程告訴我們能量和質量是可以互換的，就像美元和歐元是可以互換的一樣，只不過，這裡的匯率是光速的平方。愛因斯坦究竟是如何得出這個結論的，光速又是如何進入質能方程的？我們將給讀者提供一個科學的解釋，而不僅僅是講述一個故事。這一過程不需要任何科學背景知識，我們也會盡量避免使用數學公式。希望以此為講述帶來新意。

在書的後半部分，你將看到質能方程如何支撐我們對宇宙運行的理解。為什麼星星會發光？為什麼核能比煤、石油更高效？接著，“什麼是質量？”這個問題將引導我們進入現代粒子物理學的世界，帶我們到日內瓦歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機旁，去尋找希格斯粒子，去解釋質量的起源。本書後還會給出愛因斯坦的另一個驚人發現，實時空結構是重力的終極原理，它支持一個奇怪觀點：地球圍繞太陽“直線”下落。