1小时看懂相对论（漫画版）
作者序
- 这也是做科普最无奈的地方：越严谨越难普及，而容易普及的话，内容就可能不够严谨。于是，我只好在两者之间尽量找平衡。
- 不同惯性参考系之间时间流逝的速度不同，同一惯性参考系内时间流逝的速度相同。
第1章 一张物理学“藏宝图”
- 牛顿三定律、万有引力、相对论、量子力学、弦论、暗物质、暗能量
- 物理学可以大致分为3个分支：经典物理学、相对论和量子力学。
- 1905年，人类科学史上最伟大的物理学家之一阿尔伯特·爱因斯坦横空出世，26岁以一招狭义相对论划破长空，成为相对论的开山祖师；又在10年后领悟神级技能广义相对论，技惊四座，独领风骚
- 量子力学是研究原子和亚原子尺度的物理学，为人类开启了通往微观世界的大门，它与广义相对论并称现代物理学的两大基础理论。
- 在宇宙中，人类目前能够观测到的物质能量只占宇宙物质能量总数的5%，其余看不见的95%被我们称作暗物质和暗能量。
- 历史的经验告诉我们，当人类努力解开一个困扰已久的谜题时，往往会发现，我们又遇到了新的谜题。
第2章 相对论究竟什么鬼
- 在19世纪末晴朗的物理学天空中，远远地飘浮着两朵小小的乌云。”它们分别是在迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射研究当中遇到的两个问题
- 物体的速度是相对的，快慢要看跟谁比，同一物体的运动速度在不同人的眼中是不同的。
- 100多年后，经典电动力学创始人麦克斯韦预言光是电磁波，速度为300000千米/秒。
- 追随着牛、麦二人的足迹，后人很自然地认为光同样遵循速度叠加法则。就是说，在不同人的眼中，光速应该不同。
- 1887年的迈克尔逊－莫雷实验引发了世界性围观。这一实验结果显示，光速对于不同运动状态的观测者而言是一样的！
- 迈克尔逊－莫雷实验结果：光速在任何人的眼中是恒定的。
- 他用极具洞察力的眼光和革命性的思想指出，如果我们放弃速度叠加法则，而把光速恒定这一实验结果作为前提假设进行思考，就能建立区别于牛顿的全新时空观，从而化解由来已久的矛盾。于是，人类科学史上最伟大的物理理论之一——相对论由此诞生。
第3章 狭义相对论有哪些套路
- 它以光速恒定为出发点，描述了时间、空间、物质、运动、能量之间的相互关系，并规定光速是宇宙中信息传递的速度上限；它打破了牛顿建立的绝对时间和绝对空间的观念，并把时空看作一个整体。
3.1 时间怎么就膨胀了
- 这个东西叫光子（组成光的粒子），它的飞行速度就是光速。
- 那么，使得两个光子飞行距离不同的原因就只能是：杂毛的0.00000001秒>二愣的0.00000001秒了！
- 如果东风号飞得足够快，二愣看到的杂毛就应该像电影慢放一样。
- 时间膨胀效应是一种观察者效应。事实上，发生膨胀的那个人，自己是感觉不到的，并且这种膨胀效应是对称发生的。
- 因为“光速恒定”是实验结果，实验结果就是事实，光速恒定就是通过无数实验得出的事实。
3.2 长度怎么就收缩了
- 运动物体的空间流逝速度会分走时间流逝速度，这会导致时间变慢。
- 狭义相对论认为收缩的其实并不是杂毛，收缩的是空间！
- 跟时间一样，空间也是Everybody各用各的，宇宙里，处处都是。
- “长度收缩”并不是运动物体发生了结构变化，它跟“时间膨胀”一样，都是相对论的观察者效应，它们统称为“钟慢尺缩”效应。
- 在“运动物体时间变慢”这个说法中，“运动”指的是“相对运动”！
3.3 世界上根本就没有什么绝对同时
- 300年前，牛顿说时间是绝对的！ 它均匀流逝，对谁都一样。
- 狭义相对论认为，宇宙没有统一时间，事实应该是“人手一个钟，各走各的点”。
- 使时间流逝不再一致的罪魁祸首就是前面提到的光速恒定原理。
- 光速是恒定的，甭管谁，甭管咋动，你测吧，结果永远是300000千米/秒。
- 其中一人认为同时发生的事，另一人必然认为不同时发生，这叫同时性的相对性。
- 人们之所以觉得反常识，那是因为生活中我们感受不到这种相对性，光速贼快，火车太慢，速度上的巨大差异使得这种效应小到无法觉察。
3.4 咋就不能超过光速呢
- 狭义相对论规定，光速是宇宙中的极限速度。
- 相对论和量子力学并称为20世纪物理学两大基础理论。
- 组成光的叫——光子
- 光子眼瞎，满世界乱撞，被反弹到我们的眼睛里，我们就看到被撞的东西。
- 这样不停地产生下去就是电磁波，专业术语叫周期性交变。
- 当速度接近光速时，质量变为无限大再提速就需要无限的能量。这就是为什么光速是宇宙中的极限速度。
- 物体的总质量=静质量+动质量
- 光是电磁波，电磁波的传播速度其实是电场和磁场相互产生的速度。
- 时间上变成了先发生“击中目标”，后发生“子弹出膛”，因果关系颠倒
- 宇宙中任何物体的运动速度都是光速。
3.5 太多人没弄清楚，质能方程到底怎么回事
- 每插入一个数学公式，都会使作品的销量减半。
- 能量就是物理系统做功的本领。
- 就像空间和时间一样，能量与质量其实也是不可分割的。
- E代表能量，m代表质量，c代表光速，光速c永远恒定，c2自然也恒定。
- 尽管质能方程显示了质量和能量在数量上的对应关系，但它压根儿也没说二者可以互换的事啊！
- 物体的总质量不仅取决于各个部分的质量大小，还跟各部分的排列和运动状态有关。
- 所有憋在物体内部的能量总会以物体的一部分质量体现出来。
- 那么，在m1内部，分子也在运动，所以有分子动能；分子间也互相绷着劲儿，所以也有分子势能；分子也产生热量，因此又存在分子内能。也就是说：
- 你要知道，在宇宙中有种看不见的东西，它叫作“场”！
- 一个物体所有的质量都是由能量贡献的，当你试图去称量一个东西的质量时，称出来的其实
- 红丸一发光波，释放一部分体内的能量出去，于是总能量减少。
- 质量”只是一个反映物体所含能量多少的数字。
- 此消彼长，那才叫相互转换。同进退，说明质量、能量本来就是一码事儿。
- 一个物体就是一张这样的钞票，质量、能量是这张钞票的正反两面。
3.6 狭义相对论之回眸一笑
- 100多年来，无数科学实验显示爱因斯坦的理论预言更接近实验结果。
- 引力的变化在瞬间完成！
第4章 10年憋大招：广义相对论
- 在广义相对论中，时空变得可以弯曲，引力可以减缓时间的流逝，宇宙从此不再是静态的了。
4.1 引力还是加速，傻傻分不清楚等效原理
- 惯性是物体保持原有运动状态的属性，惯性力是惯性抵抗速度变化的表现。
- 只要适当改变运动状态，我们就能创造或回避引力。
- 引力效应就是加速，加速就是引力效应，如果你感觉到被支撑，没错，那就是引力效应。不用怀疑，你正在加速，即便你静静地坐在树下。
4.2 男人的浪漫弯曲了时空圆盘实验
- 在旋转过程中，圆周率大于π
- 要想使圆周率大于π，我们就得把圆画在马鞍面上
- 从不转到旋转，从等于π到大于π，从平面到曲面，也就是说旋转让本来平直的[插图]
- 旋转让时间变慢，离中心越远，转速越快，时间就越慢。
- 所以，旋转弯曲了时空！
- 速度变化分两种：改变大小和改变方向，旋转就是改变方向的加速运动，哪怕匀速旋转，方向也是时刻变化的。
4.3 引力是啥，你行你上啊
- “等效原理”爆料了引力作用和加速其实是同一枚钢镚儿的正反两面。
- 加速可以弯曲时空
- 时空就是一张床垫，太阳的屁股大，一上炕，“苦茶”坐出一个大坑儿。
- 地球只不过沿着最短的路线在坑儿里溜达找出口呢。
- 在平直空间里，直线运动时路径最短，掉进坑里以后，转圈时路径最短。
- 引力压根儿就不是力，它只不过是弯曲时空的几何效应。
- 物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。
- 而且解决了“万有引力”瞬时传播与狭义相对论光速上限的矛盾。
- 爱因斯坦证明，这个速度就是光速，而“床垫”的颤抖就是传说中的引力波。
4.4 广义相对论之三大验证爱因斯坦一战封神
- 引力只不过是时空不是平坦的这一事实的结果。
- 公式长得再风骚，它也只是好看的皮囊，成功预测未来才是有趣理论的灵魂。
- 方法1：水星近日点进动计算
- 方法2：遥远星体发出的光在太阳系中出现偏折
- 对同一颗星的两次观测结果不同就可以证明星光在经过太阳时确实发生了偏折。
- 方法3：光的引力红移光在逃离大质量天体的时候，会被引力造成的时空弯曲拉长。
- 光谱的颜色向红端移动了，所以叫红移。
4.5 黑洞神神秘秘那点事
- 广义相对论说，引力是质量压弯时空的结果，质量越大，时空弯曲得越厉害，引力也就越大。
- 黑怂儿就是恒星的尸体。
- 天文学叫超新星爆发，简单说就是“自爆”。
- 剩得少就是中子星。剩得太多，好些东西没带走，余下的质量把时空压出个洞，就是黑怂儿！
- 事件视界是黑洞的边界，洞里有啥没人知道，知道的话，人就没了。
- 毕竟像量子力学奠基人之一薛定谔这种既能搞物理又能搞对象，两头不耽误的人才实在算是凤毛麟角。
- 引力是时空弯曲的结果，时空弯曲得越厉害，引力越大，光跑出来就越难。光跑出来变难了，那么相邻两个光子飞到我们眼睛里的时间间隔就会被拉长。这样，我们接收到的光信号的频率就降低了。
- 在黑怂儿周围，引力非常非常大，时间流逝也就非常非常慢，如果谁能围着这怂儿兜上两圈，完事后回地球…
- 黑怂儿是广义相对论方程第一个精确解
- 典型的案例是天鹅座X-1双星系统，霍金曾打赌它不是黑洞。
- 1974年霍金著名的黑洞辐射理论震惊世界，他预言黑洞的两极会发出巨大的喷流。
- 2019年4月10日，人类历史上首张黑洞的真实照片被公布出来了！
- 照片上的黑洞是室女座A星系中心黑洞M87，距离地球5350万光年，估计它的质量约为太阳质量的64亿倍。
- 黑洞也一样，事件世界就是黝黑的皮肤，永远看不见，但是围在事件世界旁边的东西是可以发光的，照片拍出来的就是这些东西。
- 另外，这张照片并不是用可见光波段拍摄的，而是非可见光波段。
4.6 宇宙打哪来？de哥你闹那大爆炸理论
- 宇宙学常数，是爱因斯坦后加的。
- 为啥所有的星系都在远离我们而去，而且越远的星系远离的速度越快！
- 宇宙就像一个膨胀中的气球，星系就像气球上的点点，相互远离其实都是膨胀惹的祸。
- 据说，事后爱因斯坦把在方程里添加宇宙学常数这事视为自己一生中最傻的操作。
- 1946年，苏联物理学家伽莫夫提出了宇宙大爆炸理论。
- 著名的天体物理学家霍伊尔 给伽莫夫的这个理论起了个恶搞的名叫Big Bang！
- 宇宙微波背景辐射被发现。
- 宇宙的确有开端，时间真的有起点。
- 广义相对论成为人类研究宇宙演化的基础理论，物理学的分支，现代宇宙学，开荒！
4.7 广义相对论之蓦然回首
- 3．通过对时空、物质、加速、引力等问题的深入思考，爱因斯坦最终发现引力原来不是力，它其实是时空弯曲的几何效应。
- 牛顿认为：时间和空间都是绝对的，它们相互独立，宇宙是个固定不动的大盒子，盒里挂个钟，所有人都用这同一个钟看时间。
第5章 相对论你还要闹哪样
- 运动会让物体的时间流逝速度变慢。
5.1 瞅瞅到底谁磨叽小鲜肉VS老帮菜
- “惯性”说白了就是懒，甭管是人是东西，全都懒得改变自己的运动状态。而“加速”恰恰就是改变状态。
- 加速运动是绝对运动，不加速的都是相对运动。
5.2 “光锥之内就是命运”宇宙中最深奥的秘密《三体》虽牛，你真看懂了么
- “光锥之内就是命运。”
- 2005年1月13日，联合国宣布2005年为国际物理学年，标志中四色线条组成的图案就是光锥。
- 光锥的发现者叫闽可夫老司机（斯基），是爱因斯坦的数学老师。
- 宇宙中的任何事件都只能影响它的将来光锥内的物体，凡是在事件的将来光锥以外的物体都不会受该事件的任何影响。
- 宇宙中任何事件都可以假想成是发光的，对于每件事都能画一个这样的光锥图。
- 因为在这个宇宙中光速最快，所以一个事物发出的光传播的范围（光锥），就是该事物能影响到的最大范围。
- 无力阻止它的发生，因为时间不能倒流。
- 光锥内是“受事件影响”和“能影响事件”的时空区域，这个区域不但有大小，而且大小固定，只有区域内发生的事与“原点事件”存在物理上的因果关系。[插图]这就是宇宙的“定域性”！
5.3 宇宙的历史其实就是一根儿火腿肠
- ，爱因斯坦曾经说时间的流逝可能只是一种幻觉，那么你信不信呢？
- 宇宙中的所有事都可以认为是发光的。
- 就算旋转角度再小，只要距离够远，他俩眼中同一件事的时间进度也能差上好多好多年。
- 二愣的“过去”其实并没有消失…而二愣的“未来”其实也已经在那了…
- 宇宙中的任何事件的任何瞬间，都有可能处在不知道谁的现在切片上！
- 时间很可能…压根儿没有流逝…
第6章 伟大的爱因斯坦
- 一个是量子论，另一个是广义相对论。
- 把你的手放在滚热的炉子上1分钟，感觉起来像1小时； 坐在一个漂亮姑娘身边整整1小时，感觉起来像1分钟。 ——阿尔伯特·爱因斯坦
- 对于这一年，后人实在找不到更合适的词来形容，只好憋了仨字：奇迹年！
- 他信仰的是斯宾诺莎的上帝，也就是自然规律本身。
- 定域性：光速是宇宙中信息传递的速度上限，一个事件只允许以低于光速的传播速度影响其他区域。
- 定域性的简单理解就是不存在瞬时作用。
- 反实在论强调，谈论颜色时要首先确定用谁的眼睛看，否则没有意义。并不存在脱离了观测手段的“真实的”宇宙模特。
- 决定论：大自然存在客观规律和因果联系，宇宙这一时刻的物理状态由上一时刻状态决定。历史的剧本早已写好，宇宙向着确定无疑的方向演化。
- 事实证明，定域实在的宇宙是不存在的！
第7章 番外篇：科学也吐槽之苹果落地的真相
- 在牛顿的时代，苹果作为《圣经》中，伊甸园里的智慧之果，其象征意义是不言而喻的…
第8章 番外篇：对不了的才叫“理论”，错不了的那叫“矫情”
- 任何一个靠谱的科学理论都~必~须~有~可~能~被~证~明~是不~对~的~
- 靠谱的理论不是“对”的，是“还没错”的！