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擴展貓糧
本期貓糧部分文字、圖片內容及選題靈感，來源於得到APP《萬維鋼·精英日課³》相對論的部分。請勿轉載。
都說科學家長了一顆瘋子一樣的大腦，那物理學家的瘋狂，大概就像強迫症一樣，因為他們對一種特殊的行為，抱有執念。
“不同的東西”為什麼不能是一回事？
物理學，有點看破紅塵的意思。以前人們眼中非常不一樣的兩個東西，物理學家發現它們其實是一回事，這是物理學統一世界的一個主旋律。如果你立足於理論尚未形成的年代，這些“看破紅塵”的假設，往往被人認為是提出者荒謬的執念——
他非要證明“不同”的東西是一回事。但如果你從物理學的發展角度去看，你會發現正是這些“荒謬”的假設，一步一步推動了物理學的發展。古人認為大地靜止不動，日月星辰都繞著地球做完美的圓周運動。天和地，截然不同。可是後來天文學家通過精密地觀測發現不對，天體運行的軌跡並沒有那麼完美，很複雜。於是哥白尼提出來，如果把太陽看作是靜止不動的，想象地球和其他行星都在繞著太陽做圓周運動，這樣就容易解釋以前解釋不了的一些軌道。地球不是宇宙的中心，這就是說，地球和天上的那些天體沒有本質的區別，天和地，原來是一回事。
這是物理學思想解放的開端。
之後，天文學家開普勒提出行星繞著太陽轉的軌道並不是完美的圓形，而是一個橢圓。他甚至已經提出行星不是什麼精靈推著走，只要太陽給行星一個吸引力就行。開普勒看破了行星的真相。
而牛頓的“萬有引力”定律，真的證明了太陽與地球之間存在著引力，並且地球上所有有重量的東西之間，也都有引力。“天上”和“地下”，真的是一回事了。
而物理學家的執念，不僅僅是用理論去統一看似不一樣的事物，甚至是用理論去統一看似不一樣的理論。
比如愛因斯坦。
愛因斯坦的執念
學過初中物理的話就知道，運動和靜止可以被統一，這緣自伽利略的相對論原理：運動與靜止在不同的參考系之下可以互相轉化。這個理論也蘊含在牛頓第一定律中：在沒有外力的作用的情況下，任何一個物體會
保持靜止或者是勻速直線運動。那力的作用是什麼？牛頓第二定律就解釋了，力是改變物體運動方式的原因，力會改變速度，或者運動方向，因此不斷受力的物體會做加速運動。
這樣就產生了兩種不同的情況，不受力的勻速直線運動（或者是靜止）與受力的加速運動（包括了像圓周運動、拐彎、變速等等各種運動）。
此時，愛因斯坦，下手了。
當時愛因斯坦剛剛提出狹義相對論——在一切勻速直線運動或者靜止的座標系下，物理定律都是一樣的。此時別的物理學家還在消化這個新理論，而愛因斯坦想的是，為什麼一定是勻速直線運動？我能不能把相對性原理再推廣一下，改成 —— 在所有的座標系下，物理定律都是一樣的。
是的，他要統一“勻速直線運動”與“加速運動”。
之後，他做了兩個思想實驗。
思想實驗一：飛馳的火箭
首先想象你站在一個像電梯一樣的長方形的封閉飛船裡。在你腳下有個火箭，給你提供一個推力，讓你一直向上加速運動。
你可以想象這種運動跟勻速直線運動截然不同。在勻速直線運動裡你是自由的，但是加速運動裡你會感到一個力。我們坐車的時候都有過這種感覺，車一加速，你會有一個推背感。
那麼愛因斯坦就問，我在飛船上做加速運動的時候，感受到火箭的推力，這種感覺，和我站在地面感受到地球的引力，有什麼區別嗎？
地球引力給我們的感覺是實實在在的。你站立的時間長了會覺得累，就算躺在床上，後背也會有一個壓力。可是在飛船上也是這樣，加速也會給你一個推力。
在地面，如果我讓一個小球自然下落，它在引力作用下會越落越快，加速衝向地面。可是我在火箭裡也是這樣，我放開小球，小球就自由了，但是火箭在往上走，火箭的地板會加速衝向小球——在我看來，這完全等同於小球加速衝向地面。
一個是加速向上的火箭裡，一個是站在地面靜止。前者你只受到火箭的推力，後者你同時受到地球的引力和地面的推力。但是愛因斯坦說，我在飛船內部做實驗，明明觀測不到任何區別。
思想實驗二：墜落的電梯
愛因斯坦想的原始版本是，想象你在一個電梯裡，電梯突然間失控，以自由落體的形式往下墜落，你想想那是一個什麼感覺。
答案是你會感到“失重”。當然電梯這個想象有點不吉利，咱們換一個對現代人來說更直觀的場景。太空的空間站，繞著地球在做圓周運動，其實跟墜落的電梯一樣，都是自由落體。只不過空間站有個很高的水平速度，它不會真的掉下來。
自由落體運動中的物體處在失重狀態。我們看宇航員就是失重的，他們可以在空間站裡漂浮，他們不分上和下。他們如果把水滴放在空中，水滴不但不會下落，而且還呈現一個完美的球形。
這裡多說兩句，很多觀眾有一個誤解，以為是太空沒有引力。其實空間站的高度跟地球半徑相比不算什麼，太空的引力並不比地面低多少。宇航員在太空之所以感覺不到引力，是因為他們在做
自由落體運動。宇航員繞著地球轉也好，電梯從高層掉落也好，它們都是自由落體，都會失重，也都是“加速運動”。別忘了，速度不但有大小，而且有方向。圓周運動的速度大小可以不變，但是方向一直在變，它跟勻速直線運動有本質的區別。所以，圓周運動也是一種加速運動。
好，那愛因斯坦問，我在一個遠離一切星球、做一個完全不受外力影響的勻速直線運動，跟這種運動中的失重感，有什麼區別嗎？
前者是沒有外力時的勻速直線運動，後者是引力作用下的加速運動，但當你身處那樣的環境，不管做什麼實驗，也是無法發現兩者的區別。
引力是什麼？
這兩個實驗愛因斯坦最後的結論是，在任何局部實驗中，引力和加速運動無法區分。此時勻速直線運動與加速運動可以互相轉化。
可事情到這兒還沒有結束，愛因斯坦給自己出了一個難題：
那引力是什麼？
站在地面上，你能切切實實感到引力的存在。可是隻要你隨便做個自由落體運動，引力對你就不存在。
一個東西如果是真實的存在，它怎麼可能在靜止座標系下看就有，在一個加速座標系下看就沒有了呢？愛因斯坦的新要求可是物理定律不管在什麼座標系下都一樣。
我們的結論就只能是，引力這個東西，其實是個幻覺。
而愛因斯坦，給這個幻覺找到了理論支撐。
瞭解這個理論，我們得先理解一個東西——時空的彎曲。
時空的彎曲
給你一個地球儀，請問這個地球儀的表面，是二維的，還是三維的呢？
你直觀的感覺它可能是三維的，因為只有三維空間裡才有地球儀，但如果我們考慮的僅僅是地球儀的表面，只需要一個經度、一個緯度，兩個數字就能描寫地球儀上的位置 — 所以球的表面，其實是一個二維的平面。
它只是不那麼“平”而已。它是一個彎曲的平面。
我們生活的這個世界的空間是三維的，如果你把時間也算成一維，那就總共是四維時空。並且這個四維時空，可以是彎曲的。
對球面來說，兩點之間最短的線路是走“大圓”，也就是圓心正好是球心的那個圓。比如下面圖中兩點之間最直的線，就是大圓的一段。
在各種複雜曲面上，也都有這種“最直的線”，我們統一稱之為“測地線”。
然後，愛因斯坦登場了，他只說了兩句話。
第一，一個有質量的物質，會彎曲它周圍的時空。這叫“物質告訴時空如何彎曲”。
第二，在不受外力的情況下，一個物體總是沿著時空中的測地線運動。這叫“時空告訴物質如何運動”。
這個畫面是這樣的。你把時空想象成一個二維的蹦床。本來蹦床是平的，你往上面放幾個球，蹦床上有球的地方周圍就變成彎曲的了——這幾個球，彎曲了各自周圍的時空。
地球繞著太陽，不再是因為引力，而是因為太陽把時空彎曲得比較厲害，地球是根據自己所在時空的測地線運動而已。就好像蹦床上的小球可以繞著大球滾動，而你知道大球並沒有吸引小球，那只是因為蹦床上大球的周圍有個凹陷。
同樣的時空，每個物體的速度不一樣，它看到的和遵循的測地線也不一樣。 有的物體會直接掉向太陽，有的會繞著太陽做橢圓運動，有的擦肩而過，這些都只不過是在沿著自己的測地線運動而已。
當然，每個有質量的物體在彎曲時空中運動的同時，也在彎曲著自己周圍的時空，只是彎曲的程度不同。時空的形狀由所有這些物質共同決定，然後所有物質都沿著自己周圍時空的測地線運動。
所以引力是什麼？不，什麼都不是了，沒有引力了，有的只是時空的彎曲。
一隻美麗的鯨魚
以上內容，如果你看懂了，那麼恭喜你，你已經初步理解了廣義相對論：一個統一了勻速直線運動與加速運動，解釋了“引力”的錯覺，其實還順便解決了光速為什麼不變、慣性質量為什麼等於引力質量等等一堆麻煩事的理論。
這就像是一隻大海上的鯨魚，巨大而優美，你不見得非要知道鯨魚身上每一處結構的精確尺寸，你沒必要學會怎麼畫鯨魚，你也可以欣賞鯨魚的美。
牛頓的經典力學、“三大定律”等其他理論，並沒有因為相對論的出現就被“處決”——它們都仍然成立，只是相同事物的不同解釋方式而已。物理學的發展是一步接著一步的，就像我們是先有了對於經典力學的理解，才能夠如此快速地窺探相對論這隻巨大而美麗的鯨魚。
這就是美麗的物理學，一個一直試圖用簡單的理論去解釋所有不同的複雜現象的學科。而廣義相對論是否真的成立、是否存在一個能解釋宇宙一切事物的終極定理等等，這些看似是重度強迫症的問題，物理學家們仍然在尋找答案……
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