喝兩杯咖啡的時間，搞懂相對論、量子力學、粒子和宇宙是什麼

01.我們來聊聊物理吧？

有朋友可能知道，大狗熊我在本科時念的是物理，雖然當時我的成績極差，但現在回想起來，學物理的這段日子，對我的思維方式和看世界的眼光，是一段寶貴的財富。了解一些物理學的知識，並不只是在聊天時你可以用「薜定諤貓」之類的概念唬住別人，而是會從根本上影響你的世界觀。當我開始做「狗熊月讀」的好書推薦時，我一直想找機會和大家聊一聊關於物理學的一些東西，無奈自己當年就是一個差生，底子實在是太薄，一直沒有膽量分享。直到我讀了一本書後，我發覺這本書可能是用來了解現代物理的最佳科普讀物。所以借著分享這本書的機會，今天我們來聊一聊物理學！本期狗熊月讀，義大利物理學家卡洛·羅韋利的科普著作《七堂極簡物理課》（Seven Brief Lessons on Physics）

02.一本評價兩極分化的書

我發現一件很有趣的事情，當大家討論一件感覺很高深的事情時，一般總會形成兩個不同的陣營。如果有人試圖用淺顯易懂的語言來講述這件事情時，那麼總會有另一些人覺得這種講述太過於淺薄，可能還會瞧不起他們。就連傳奇數學家費曼，都會有很多人認為他不處正業，總是寫些「無聊」的科普小文，如果把這些精力都花在寫論文上，那該有多大的貢獻啊。今天要推薦的這本書和他的作者，也屬於這樣的情況。如果在網路上搜索這本書《七堂極簡物理課》，你會發現有兩種截然不同的評價。很多人留下了一星的評價，認為這本只有幾十頁的書實在是太水，也有人認為這裡面講述的物理學知識太淺，按照他們的評論，這都是抒情散文和科學家的故事嘛，應該認真講數據列公式算是對待科學的正確態度。但更多人表達的，是對於這本書的喜愛。有人說這本書值得反覆看，有人說其中包含廣博的知識因而打動人心，有人說這本書像那些偉大的公式一樣，簡潔，優美，能讓我們更多地認識這個世界，認識自己。

我是怎麼看的呢？其實我如果認為這不是一本好書，也就不會在狗熊月讀的節目向大家推薦它了。這本書的作者卡洛·羅韋利，是貨真價實的物理學家，他是圈量子引力理論的開創者之一。曾在美國、義大利工作，現在法國帶領量子引力研究小組。不像是大多數不善於表達的科學家，他的文筆相當出色，而且對於科學哲學、科學史也頗有研究，長期在《24小時太陽報》《共和國報》等義大利報紙上發表文章。這本都不到100頁的小書，講述了現代物理學領域的一些基本概念，一共分為7個章節。出版之後這本書在義大利創造了銷售奇蹟，不但被很多媒體一致好評，而且獲得了非常好的銷量。但也許正是因為出版商在宣傳方面做得太好，有很多不是本書讀者的人也購買了本書，看到了薄薄的裝幀後就忙著給出差評。

本書作者物理學家卡洛·羅韋利

我曾經說過一個觀點，用厚薄來評價書的好壞就像是用身高來衡量一個人的知識一樣沒有意義。更何況我們現代大多數人是不屑於讀薄書，卻又讀不了厚書。能把一些抽象的概念用最簡單易懂的語言講述出來，本來就是一種非常厲害的能力。就像我們在狗熊月讀上一期節目里舉的那個例子：如果讓你向八歲的孩子介紹什麼是資料庫，你會如何介紹呢？能夠用他人你理解的語言講述複雜的問題本來就是一種能耐。何況這本書里講述的很多概念，比如基本粒子，相對論，時間和空間，其實最適合描述他們的不是語言，而是公式。

這本書的厲害之處就在於，全書講述物理學最難懂的概念，很多書中的內容至今仍然沒有被驗證，但他卻使用了詩意優美簡潔流暢的語言，即使完全沒有科學背景的人也能讀懂，全書只有一個公式，卻絲毫不影響本書的專業性。說到這裡可能已經開始好奇了，那麼廢話不多說，就讓我們開始七堂具體的物理課吧！

03. 相對論

第一堂課，相對論。牛頓和愛因斯坦是物理學領域的巨人，這我們都知道，但大多數人僅限於知道他們的名字。特別是愛因斯坦，真正能夠說清他有些什麼貢獻的人，為數非常少。要講愛因斯坦的偉大貢獻，我們還得先了解一下一百多年前牛頓眼中的世界，我們得從頭開始。就像書里說的：

世界上有許多感人至深、無與倫比的偉大作品，比如莫扎特的《安魂曲》、荷馬的《奧德賽》、西斯廷禮拜堂的穹頂畫、莎士比亞的《李爾王》……想要領悟這些作品的妙處，都要經歷一個從頭學起的過程，但最終獲得的回報將是百分之百美的享受。

我們在中學都學過牛頓的各種定律，但牛頓描述的世界，就像是一個性冷淡眼中的世界一樣，就是一些理想的物體發生碰撞啊，移動啊，摩擦啊之間的關係。甚至還有所謂剛體的概念，也就是現實世界中並不存在的，絕對不會形變的理想物體。他雖然有假設物體是在空間中運動，並且空間是一個巨大的空容器，但這個可以容納世界的容器是用什麼做成的，牛頓也沒有給出答案。而就在愛因斯坦出生前的幾年，英國的兩位大物理學家——法拉第（Michael Faraday）和麥克斯韋（James Maxwell）——為牛頓冰冷的世界添加了新鮮的內容：電磁場。電磁場是一種無處不在的真實存在，可以傳遞無線電波，可以布滿整個空間，還可以將店裡四處傳播。如果你對中學時學的電磁場忘的差不多了，那麼想像一下，電磁場就像我們熟悉的wifi信號一樣。愛因斯坦開始想像，就像電力一樣，引力也是有一種場來傳播的，一定存在一種引力場，但怎麼用方程描述它呢？他天才地想到，引力場並不是「瀰漫」於空間，他本身就是空間，這就是廣義相對論。

空間不再是一種有別於物質的東西，而是構成世界的「物質」成分之一，一種可以波動、彎曲、變形的實體。我們不再身處一個看不見的堅硬框架里，而更像是深陷在一個巨大的容易形變的軟體動物中。

空間在有物質的地方會發生彎曲。就這麼簡單。這個方程只有半行的長度，僅此而已。空間彎曲這個觀點，現在變成了一個方程。聽起來似乎很簡單，但它就像是一個神奇的寶藏，通過廣義相對論，我們看世界的認識完全變了。比如通過廣義相對論，愛因斯坦預測太陽會使光線偏折，1919年，這個偏折被測量出來，證明了他這一理論的正確。除了光與空間，時間也會因為物質而彎曲。愛因斯坦曾預言，在高空中，在離太陽更近的地方，時間會過得比較快，而在低的地方，離地球近的地方時間則過得比較慢。

在廣義相對論的指引下，其他一些預言也得到了證實，比如宇宙大爆炸理論。起初沒有一個人相信這個理論，但大量證據紛紛出現在我們眼前，直至在太空中觀測到了「宇宙背景輻射」，也就是原始爆炸的餘熱里瀰漫的光。事實證明，愛因斯坦方程的預言是正確的。

另外還有對空間的彎曲預言，根據廣義相對論，空間會像海平面一樣起伏，這同樣通過對天文中的雙星觀測得到證實。

愛因斯坦的理論為我們描繪了一個絢麗多彩而又令人驚奇的世界，在這個世界裡有發生爆炸的宇宙，有坍塌成無底深洞的空間，有在某個行星附近放慢速度的時間，還有像大海揚波一般無邊無際延展的星際空間……這所有的一切都源自一個樸素的直覺：空間和引力場本是一回事。這就是第一課，最美的理論：廣義相對論。

視頻：五分鐘搞懂相對論 | 狗熊月讀