阿尔伯特·爱因斯坦的相对论 (Albert Einstein's Theory of Relativity)

用四字词语解读 (In Words of Four Letters or Less)

[ 0 ]

好，请坐。放松脚。这可能要花些时间。要来点茶吗？伯爵茶？给你准备好了。 好吧。我该怎么讲呢？他做了很多事。很难直接切入。你知道吗？你选一个起点，但很快你就要往回倒，复习这个或那个项目，当你完成 那个 之后，你又得往回倒更多。所以如果你觉得我有一半的时间都在跑题，嗯，这就是原因。请耐心点，我们会及时到达终点的。好吗？ 好的。让我想想....

[ I ]

假设你有一天醒来，你的床不见了。你的房间也没了。消失了。一切 都消失了。你在一个漆黑的虚空中醒来。连一颗星星都没有。好吧，是的，这是一个很蠢的想法，但请配合一下。现在假设你想知道你是否在移动。你是否固定在一个地方？或者你会，比如说，向左倾斜一些？我想问你的是：你能找到答案吗？绝对不能。你能看到，当然。你不需要我来告诉你。要移动，你必须移动 到 或 离开 ... 嗯，离开什么？你不得不说，当你是在那个虚空中唯一的物体时，你甚至不能使用像“移动”这样的词。当然。好的。 现在，让我们把床加回来。你的床和你一起在虚空中。但不会很久 -- 它会离开你。你没有任何办法把它弄回来，所以你只能放手。但现在我们在虚空中有一个物体和你在一起。那么是床在移动，还是你在移动？或者两者都在移动？嗯，你能和我一样看到，它可以朝任何方向发展。掷硬币吧。谁能说清？最好是说你远离床，床也远离你。没有人能说谁是固定的，谁不是。 现在，如果我把床拿走，但给你 太阳 -- 现在只有你和太阳在虚空中 -- 我敢打赌你会说，太阳太大了，和你相比，你移动的可能性更大，而不是太阳。移动像我们这样的身体很容易，但要踢动太阳就没那么容易了。但这并不是看待它的方式。就像对待床一样，没有人能说谁是固定的。 总而言之，你找不到任何一个真正“静止”的状态。“Izzy” 告诉我们这一点。“Izzy” 说，你无法判断你是在移动还是静止。你可以说你在运动，其他一切都是静止的，或者你可以说你是静止的，其他一切都在运动。两种方式的结果都是一样的。所以我们很久以前就知道这一点了。 啊哈，但是等等！太阳会发出光线！那么：为什么不看看光线穿过你的速度有多快呢？从那你可以看到你移动的速度有多快，对吧？因为你看，光线移动的速度都是一样的，无论发出光线的物体是否静止。(现在记下这一点。) “Izzy” 当时并不知道这一点，但这是真的。光线的移动速度都一样。我们称这个速度为：c。所以，你可以看到光线穿过你的速度有多快，而这个速度与 c 相差多少，就能告诉你你移动的速度！见鬼，你甚至不需要太阳来做这件事。你只需要一盏灯 -- 就是你床边用来阅读的那盏灯。你可以把那盏灯拿在手里，看看你打开它时，光线穿过你的速度有多快。灯会和你一起移动，但光线的移动速度是 c。你会看到光线的移动速度比 c 稍微快一点或慢一点，而这就能告诉你你移动的速度。这不是很明显吗？ 好吧，所以我们去测试了这个想法。嘿，你不需要在虚空中才能做这个测试。我们一直在移动，即使我们坐在这里。事实上，我们在旋转。所以他们发射了一些光线，并记录下它们向东移动的速度，向西移动的速度，等等。好吧，结果你知道吗？光线在各个方向上的速度都一样。事实上，所有方向上的速度都是 c，完全一样。不多也不少。 如果我说我们发现这个结果后并不高兴，那就太客气了。更像是 mind blown。“这到底是怎么回事？” 我们说道。而这时 “Al” 就出现了。

[ II ]

“Al”，他突然冒出来说，“不仅光线以 c 的速度移动，无论发出光线的东西是否静止：即使 你 是否静止，光线的移动速度也是 c。” 现在这表面上看起来没什么大不了的，但请稍等。这意味着你可以随心所欲地移动，无论快慢，光线都会一直以 c 的速度穿过你。你可以让你的朋友跑过你，当你们同时看到一道光线穿过时，你们都会看到 同一道 光线以 c 的速度穿过！这有点疯狂，不是吗？你在那个虚空中，你就是 无法 说你是否在移动 -- 无论有没有灯。不是说你无法判断：而是 无法 说。这是毫无意义的！ 但要使这是真的，那么 时间 也必须参与其中。为了让你和你的朋友看到同一道光线以相同的速度穿过，她对时间的理解必须和你的时间概念不同！ 我能听到你说，“不可能。这 不可能！” 但我告诉你这是真的。“Al” 这么说的。他说，来，我给你展示一下。看看这个。我们有 “Bert” 和 “Dana”。坐一辆公共汽车，让 “Bert” 上车。公共汽车沿着道路行驶。“Dana”，她坐在路边。他在公共汽车上，她坐在地上。现在从月球上取下一块岩石，让它落向他们。它撞击大气层并一分为二。两块碎片燃烧，然后在 “Bert” 和 “Dana” 并排时落下。一块落在路前方的一段距离处，一块落在路后方的一段距离处。“Dana” 同时看到每一块岩石，但 “Bert” 先看到一块岩石，然后 看到下一块岩石。现在：如果 “Bert” 和 “Dana” 都认为 “Dana” 是“静止”的，他们都会说这两块碎片是同时落下的。“Dana” 会说，“我是‘静止’的，我看到它们同时落地，所以它们确实是同时落地的。” 而 “Bert” 会说，“我远离 下方 的岩石，所以当我把这个事实考虑进去时，我可以看到，如果我是‘静止’的，我应该会看到它们同时落地。所以它们一定是同时落地的。” 好吧，但是如果 “Bert” 和 “Dana” 现在认为 Bert 是“静止”的呢？嗯？你可以选择谁是“静止”的，谁不是，对吧？所以让 “Bert” 成为“静止”的。现在 “Bert” 会说，“我是‘静止’的，所以前方的岩石比后方的岩石先落地，正如我所看到的。” 而 “Dana” 会说，“我看到它们同时落地，但我远离 上方 的岩石，所以当我把这个事实考虑进去时，我可以看到，前方的岩石一定比后方的岩石先落地。” 所以你看，当你放弃对一个真正“静止”的观念时，那么你也 必须 放弃对一个真正时间概念！甚至这还不是结束。如果你失去了你唯一正确的时间观念，那么你也会失去你唯一正确的尺寸 和 你唯一正确的质量观念。如果你不说你所谓的“静止”是什么，你就不能谈论 任何 这些。如果你不这样做，那么 “Bert” 或 “Dana” 可以选择一个与你所用的不同的“静止”状态，那么他们得到的时间、尺寸和质量将不会相同。 真是个麻烦，不是吗？我希望你能明白，当 “Al” 告诉我们这件事时，让一些人感到多么不舒服。但即便如此，这还不到一半。我的意思是，我们大多数人都知道，如果 “Al” 在十岁时被公共汽车撞到，我们也能及时靠自己走到这一步。不，真正令人震惊的是 接下来 发生的事。

[ III ]

现在，我已经说了关于如何看待(或如何不看待)你“移动”速度的很多。我现在需要告诉你的是我所说的“移动”这个词是什么意思。当我提到“移动”时，我也意味着你在任何时候都不会减速或加速，并且 你不会偏向任何一边。当你移动时，你只需保持所有这些不变。我们这样说，你没有任何“拉力”。你问我为什么要这么强调？好吧，让我告诉你。 回想一下很久以前的 “Ari”。他说，如果你是静止的，你倾向于保持静止，如果你在移动，你倾向于停止移动。他错了，你知道，因为他没有办法知道是空气让你停止移动。我们不得不等待 “Izzy” 过来并说，“不，“Ari”：如果你移动，你往往会一直移动下去。要停止移动，你需要有 拉力。“空气会给你一个拉力，一个让你停止移动的拉力。然后我们还有那个很大的拉力，它决定了什么是向下，什么是向上，它控制着我们所有人。“Izzy” 看到这个拉力也正是控制月球的拉力。我说过拉力可以是一种转向，对吗？这就是拉力对月球所做的事情。月球必须一直转向才能和我们在一起。如果没有那个拉力，它就会沿着一条直线运行 -- 没有转向 -- 而我们只能坐在这里挥手说再见。我们和太阳的情况也是如此。我们每小时都会转向，否则我们会很快变得非常冷。 但是，你看，“Izzy” 不得不处理拉力的作用方式。如果一个物体质量更大，那么它也会有更大的拉力，对吗？这就是为什么太阳是我们旋转的轴，而不是我们是太阳的轴。但为什么不能双向作用呢？你拿你的铅球和木球，把它们扔下去，它们会同时落地。但是铅球质量更大，所以它必须受到更大的拉力。“Izzy” 说，“嗯，你看，一个物体有一种 额外的 拉力。这种拉力会使其一直想要保持静止。而且它的质量越大，它就越想保持静止。那个拉力就是‘静止的物体倾向于保持静止’的部分。所以你看，那个拉力和大的拉力是在拔河，它们的结果是任何质量的物体都会以同样的速度下落。” 我称它为“新型拉力”，但它并不新鲜：你一直都能感觉到它。上车踩油门 -- 你会感到一股向后的拉力把你拉进座位。稍微松开油门，拉力就会消失。向左转弯，你会感到一股向侧面的拉力。停车时，你会感到一股将你拉出座位的拉力，因为你在减速。或者，去游乐场玩。当你旋转时，你会感到一股向外的拉力，远离游乐设施。你旋转：也就是说你在转向，一遍又一遍地转向，就像月亮一样。如果你没有安全带，你就会从游乐设施上飞出去，而且你会沿着一条直线飞出去。(嗯，也就是说，你会沿着一条直线飞出去，就像鸟儿看到的那样。公平地说，你也会同时向下弯曲。但把这放在一边。) 好吧但是现在，你看，当你观察拉力时，“Al” 的伟大思想就行不通了。回到你迷失在虚空中的时候。你不能说你是否在移动，是的，但你肯定能说你是否受到 拉力，对吧？如果你受到拉力，你会感觉到的，不是吗？当然。所以你没有一个真正的“静止”状态，没有一个真正的时间、质量或尺寸的观察方式，但是你 确实 有一个真正的拉力观察方式？“Al” 说，“嗯。我不相信。” 我们都说，“唉，为什么不呢？休息一下吧，“Al”。” 你能理解为什么 “Al” 不想休息吧。但这个问题并不容易解决。

[ IV ]

“Izzy” 曾经说过，你看这里：假设你有一个可以旋转的圆盘，所以你把一桶牛奶放在上面，然后让它旋转。你会看到牛奶沿着桶的边缘上升，飞出来，洒在圆盘上。没什么大不了的，对吧？旋转会产生拉力。但是现在如果你说这桶牛奶是你的“静止”状态呢？那么你就会看到你、天空和所有的一切都在一个巨大的旋转中，而只有装有牛奶的圆盘是“静止”的，对吗？那你怎么解释牛奶为什么会上升呢？是什么让静止的牛奶从桶里飞出来？ 这就是为什么 “Izzy” 会说：是的，我们没有一个真正“静止”的状态，当你移动时，有些人可能会说你在移动，有些人可能会说你没有移动，这没关系 -- 但拉力却不是这样！拉力就是拉力，该死的。 但是 “Al” 的想法已经确定了。而且他有一个重要的线索表明这并不是全部。我告诉过你 “Izzy” 将一种新型的拉力放在旧的那种拉力旁边。嗯，即使他觉得这种新型的拉力有点奇怪。我并不是要贬低它，只是这种新型的拉力在很多方面都和旧的那种拉力非常相似。你知道吗？假设我把你放在一个盒子里，然后把那个盒子放在一个虚空中。(但这次我不需要你处于真正的虚空中。我只是想让你远离任何拉力。你可以有一颗或两颗星星，或者你想有多少就多少，只要你让它们离你足够远。好吗？)现在，假设我把一根绳子从盒子绑到一艘飞船上，然后我进入飞船并启动它，这样它就会越来越快，越来越快，越来越快......我只是尽可能多地燃烧燃料。只要我确保你一直都在加速，而且速度保持不变，你就会感受到一种拉力，这种拉力会感觉就像你回到这里，回到家一样。如果你在盒子里有一个铅球和一个木球，你可以把它们扔下去，它们会同时落地。这有点奇怪，不是吗？让你心里有点想法，对吧？你可以肯定它在我们心里埋下了想法。但没有人能想出一个好办法来解释为什么会这样。还没有。 “Al”，他拿起了那个球，然后跑了。他离开了一年，然后又过了十年。是的。这么久。这可不是在公园里散步，我告诉你。事实上，我们有些人说，这更像是在悬崖边上散步！因为你看，当 “Al” 回来时，他说，““Izzy” 给我们的这种‘新’拉力，它就是旧的拉力。不仅仅 像 它。它 就是 它。两者是同一回事。从这一点来看，你就会明白，我们没有‘一个真正的拉力’。” 你明白他在这里说什么了吗？当你在那个绑着绳子的飞船上的盒子里时，你感受到的拉力不仅仅 像 家里的拉力：它实际上是同一 种 拉力！所以当你问，“嘿！如果我想让这个盒子成为我的‘静止’状态呢，嗯？那又怎么样？如果我静止不动，为什么这个球会掉下来呢？” -- “Al” 会反驳你说，“嗯，你看，你有一个很大的 虚空 在穿过你，而且一直在加速，那个 对你和你的盒子产生了拉力。” 你会说，“别开玩笑了！这个虚空中的质量太远了，不可能给我这么大的拉力！” 但 “Al” 会说，“不对。你没明白。你的虚空中有多少质量并不重要。重要的是 虚空中所有的质量。除了你和你的盒子之外的所有质量，就是说。” 牛奶桶的情况也是一样。如果你说水桶是静止的，那么 “Al” 会说，其他一切的旋转都会拉动牛奶，使其跳出桶外。 所以这就是我们将其归结为最本质的东西。 “Izzy” 说，你无法判断你是否在移动或静止。你可以说你在移动，其他一切都静止，或者你可以说你是静止的，其他一切都在移动。这两种方式的结果都是一样的。但 “Al” 接着说，不仅如此，你甚至无法判断你是否受到拉力。所以，在任何时候，以任何方式，你都不能采取行动，使你不能被视为“静止”。你可以朝这个方向或那个方向走，或者跳上跳下，或者你想做什么：即便如此，你也可以说你是静止的 -- 而且结果都会一样。 这是 “Al” 的重大突破。他高兴地跳起来，一切都顺理成章。但我们其他人，嗯，我们更觉得是时候把 “Al” 锁起来了，他说的话太疯狂了。

[ V ]

所以我们中的一些人说，“Al”，你疯了。你看这里：你想把这种拉力，这种我们需要靠近太阳的拉力 -- 你想把这种非常真实的拉力变成某种 假的 拉力！我的意思是，什么样的拉力会随着你选择你所谓的“静止”而消失又出现呢？拉力不应该这样运作。” “Al” 说，“是的，你一语中的。它 就是 一个假的拉力。” 我们说，“好吧，就这样了。你，“Al”，已经疯了。” “Al” 说，“呸。读读这个，然后哭吧。” 我们读了它，或者更像是试着读了一下。这真是一团糟。我们中的一些人明白了，但大多数人只是说，“哈？” 我们中的一些人说，即使这是真的，我们宁愿继续保守旧的谎言，“Al” 的想法太难理解了。 但是 “Herb” -- 什么？不，“Herb” 不是他的真名，但我喜欢这么叫他 -- 但是 “Herb” 是那些明白的人之一，他和 “Al” 以及他的新想法合作，他们想出了这样的想法。 你知道所有可以移动的方式，对吧。你有你的上下，你有你的东西，你有你的前后。好吧，“Herb” 说，我们想在这里添加一种方法：时间。是的，时间只是另一种移动方式。总共有四种方式。现在 “Herb” 和 “Al” 说，“让我们看看当我们把这里看作是一个四维空间时我们可以做什么。例如，如果这个四维空间可以 弯曲 呢？我们不是说 在 四维空间中的东西会被弯曲：如果 这个空间本身 被弯曲了呢？” 我们中的一些人说，“你们两个才被弯曲了，这才更合理。” 但他们说，“哈。看看这个。” 他们说，如果质量会使我们的四维空间弯曲呢？你在一个地方拥有的质量越多，那个地方就越弯曲。所以现在选出一个点 A 和一个点 B，一个在某个质量的每一侧，并且每个点都有其自己的时间。当一个物体从 A 移动到 B 时，它看起来是什么样的？你会说：一条线。嗯，是的也不是。它 是 一条线，但它也是弯曲的，因为它经过弯曲的点。你看，只有当你能够看到所有四个维度时，这条线看起来才像一条线！如果你看不到其中一个维度，如果对你来说，你无法看到的维度就是你所谓的 时间，那么你就会看到它是一条带有很大的 转向 的线，转向发生在中间。现在，取大量的质量，就像我们的太阳拥有的那么多，并选择 A 点和 B 点靠近质量，并且在时间上是相同的点。那么，当你这样做时，四维空间中从 A 到 B 的线对你和我来说将是一个弧线！一条将以该质量为轴心旋转下去的弧线！ “看到了吗？” “Al” 说。“你 说太阳有引力，但是当我们在以太阳为轴心旋转时，在我们这个弯曲的四维空间里，我们只是沿直线移动！我们根本没有偏离方向！ 这就是 为什么我说你的引力是假的引力。如果你只是想保持在一条 直线 上，你就不需要任何引力！” 我们中的一些人明白了。但我们大多数人只是说，“你们两个在 嗑 什么？放下烟枪，清醒一点！这太疯狂了，不可能是真的。” 但他们只是说，“试试看，看看是不是真的。” 所以我们想出了一些方法来测试 “Al” 的想法，而每次 “Al” 都成功了。他的想法认为太阳的光线比 “Izzy” 所说的稍微偏红一些。它们的确是。他的想法认为火星的位置和 “Izzy” 所认为的稍微有些偏差。它的确如此。 最重要的是，那个日食的事情被一遍又一遍地讲述。你知道，当月亮挡住太阳的时候。在那个时候，你可以很好地看到一颗靠近太阳的星星。(我说的是在天空中靠近太阳。不是真的靠近它。你知道我的意思。) 他们出发去好好看看一颗非常靠近太阳的星星，然后他们用一本书来确定这颗星星的位置。你看，来自星星的光线离太阳太近了，以至于在到达我们的时候会被弯曲。 “Al” 的想法认为，光线会被弯曲多少。“Izzy” 的想法也认为光线会被弯曲，但弯曲的程度只有一半。所以他们观察了一下这颗星星，他们查阅了一下那本厚厚的书，然后......我想你和我一样能知道这颗星星的偏差有多大。 没错。 然后我们所有人，我们都只是向后靠，然后说：“哇哦。” 然后我们都回到 “Al” 身边，对他说：“Al，你的头脑里一定装着一些了不得的东西，才能凭空想出这样一个想法。” 我们说：“你为什么不辞掉你现在这份愚蠢的工作，和我们一起干呢？” 我们说：“你知道吗，“Al”？我们 喜欢 你。”

[ end ]

事情就是这样。(嗯，也就是说，差不多是这样。) 天啊，看看时间！唉。我确实知道如何滔滔不绝，不是吗？肯定已经过了睡觉的时间了。让我送你出去。很高兴你来做客，我希望我能帮上忙。 欢迎下次再来，听到了吗？

注：“Herb” 实际上指的是 “Hermann Minkowski”。(而 “Izzy” 和 “Ari” 当然是 “Isaac Newton” 和 “Aristotle”。) 文本 Brian Raiter