先学懂相对论再去星际旅行

《相对论是什么：直观介绍爱因斯坦的思想及其重要性》

最近又有一本向公众讲解爱因斯坦相对论理论的新书问世。作者为著名的天体物理学家、科普大家杰弗里·班尼特，他在《相对论是什么：直观介绍爱因斯坦的思想及其重要性》中，对爱因斯坦最吸引人但又复杂的相对论进行了通俗的讲解，书中还介绍了相对论在日常生活中的应用。

人们普遍认为，如果太阳突然变成一个黑洞，它会把地球和其他行星吸到湮没。然而，本书作者杰弗里·班尼特指出，黑洞并不会把人类吸进去。带着这个简单的想法，班尼特开始了对爱因斯坦相对论的有趣介绍。书中描述了如果读者去黑洞旅行，他们实际上会经历的惊人现象。

最近，天文学家第一次成功地探测到来自超大质量黑洞背后的光。这一发现再次证明阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论是正确的。一个国际研究小组使用高功率X射线望远镜研究了一个8亿光年的遥远星系中心的超大质量黑洞。研究人员看到了黑洞通常的特征，但他们也发现了光以X射线的形式从黑洞的远侧发射出来。当一颗巨大的恒星在超新星中爆炸，然后自身坍缩时，黑洞就诞生了。这就形成了一种密度难以理解的物质，它会吞噬周围的一切，因此我们不可能看到黑洞背后的光。然而，爱因斯坦的广义相对论在1915年预言，黑洞的引力很可能是如此巨大，以至于它们扭曲了空间结构，扭曲了磁场，弯曲了光线。结果，爱因斯坦的研究断言，由于扭曲的磁场起到了镜子的作用，应该有可能看到从黑洞远端发射出来的光波。

相对论揭示了光速是宇宙速度的极限，时间膨胀和时空曲率的令人费解的想法，以及可能是历史上最著名的方程：E = mc2。的确，相对论在很大程度上影响了我们对宇宙的现代理解。它不仅仅是一个理论，相对论的每一个主要预测都经过了精确的检验，它的实际应用包括全球定位系统（GPS）。

这本书插图丰富，文字清晰易懂，作者用直观的、非数学的方法让读者都能掌握爱因斯坦思想的基本原理，真正体验到相对论的原理是什么，为什么它对科学如此重要，以及我们如何看待作为人类的自己。

在1919年时，只有三位科学家完全理解爱因斯坦的相对论。第一个用英语宣讲相对论的英国天体物理学家、数学家阿瑟·爱丁顿，如果看到这本书，也会对这本书感到惊讶。因为在这本书中，班尼特向普通读者解释了相对论。他运用两个简单的原理：自然规律的一致性和光速的不确定性，读者可以用思维进行实验，将时间和空间融合成为单一的概念。有了这个概念，读者就会明白为什么在太空旅行者穿越宇宙时，时间变慢了，他们的宇宙飞船变得更大但更短了。同样，当他们坠入黑洞，注定要失败，但开明的读者至少可以庆幸自己理解了极端的引力是如何产生不可避免的致命潮汐力的。然而，一个令人困惑的谜仍然存在：为什么黑洞中心的奇点在量子物理和相对论中看起来是不可调和的？班尼特把解决这个难题看作是科学进步的动力。事实上，就在一个人能够构建出与相对论一样强大的理论这一事实中，班尼特看到了希望整个人类最终能够克服顽固的非科学问题的，那就是社会的、政治的，甚至是形而上学的。本书令人印象深刻的是，它是划时代科学的升华。

（作者系中国科学院大学教授、国际科学素养促进中心研究员）