前言

本书的目的是用最简单的语言讲述爱因斯坦的时空理论，并呈现它深奥的美。我们一路推演到爱因斯坦最著名的方程——E=mc2，沿途所用公式不会比勾股定理复杂。即使你不记得勾股定理，也不用担心，我们会给予详细的讲解。我们希望读者读完本书的同时，能够领会到现代物理学家是如何思考自然、构建物理理论的。这些理论越来越有用，并最终改变了我们的生活。通过建立时空模型，爱因斯坦铺平了理解恒星发光的道路，揭示了电动机和发电机的深层工作机制，并最终奠定了现代物理学的基础。本书的另一个目的是提出质疑，并激发挑战精神。物理学本身不具争议，爱因斯坦的理论是非常完善的，它有大量的实验证据支持，我们都将逐一为您解释。然而，我们还得强调，在特定条件下，爱因斯坦时空理论必须让位于更加精确描述自然的理论。科学没有普遍的真理，有的只是对世界尚未被证伪[1]的观点。目前而言，唯一可以肯定的是，爱因斯坦的理论是可行的。换句话说，科学的挑战性在于，我们的思维必须直面周遭世界。不管是不是科学家，我们每个人都有直觉，都会从日常经验出发来推断世界。然而，如果按照严肃而精准的科学方法观察自然，结果常常违背直觉。从书中你就可以读到，当物体高速运动时，空间和时间的常识观念将被打破，并被全新、惊人而优美的观念替代。这一课让人受益匪浅，又令人谦逊，它让许多科学家对自然心生敬畏：宇宙本身远比我们日常所经历的现象要丰富得多。最奇妙的就是，丰富多彩的新物理自身充满了令人惊讶的数学之美。

科学形象艰涩，但核心并不复杂。你可以用科学清扫内心的偏见，以便客观地观察世界。能否达到这个目的，另当别论，毋庸置疑的是，我们将从中学到宇宙运行的知识。真正困难的是学会如何走出常识的蒙蔽。只有远离内心的偏见，接受自然如其所是，科学方法才能创造现代技术世界。简而言之，科学必将行之有效。

本书的前半部分推导了方程式E=mc2。在这里“推导”指的是讲述爱因斯坦是如何得到该公式的，也就是讲述如何得到能量等于质量乘以光速平方。想一想，这很奇妙。我们最熟悉的能量是物体的动能；如果有人朝你扔板球，当脸被击中时，就会有疼痛感。物理学家认为疼的原因是在击中人脸时能量转移到了脸上，被转移的能量就是投掷者给板球的动能。质量是一个物体所含物质的量度。例如，板球比乒乓球重，比行星轻。质能方程告诉我们能量和质量是可以互换的，就像美元和欧元是可以互换的一样，只不过，这里的汇率是光速的平方。爱因斯坦究竟是如何得出这个结论的，光速又是如何进入质能方程的？我们将给读者提供一个科学的解释，而不仅仅是讲述一个故事。这一过程不需要任何科学背景知识，我们也会尽量避免使用数学公式。希望以此为讲述带来新意。

在书的后半部分，你将看到质能方程如何支撑我们对宇宙运行的理解。为什么星星会发光？为什么核能比煤、石油更高效？接着，“什么是质量？”这个问题将引导我们进入现代粒子物理学的世界，带我们到日内瓦欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机旁，去寻找希格斯粒子，去解释质量的起源。本书最后还会给出爱因斯坦的另一个惊人发现，即时空结构是重力的终极原理，它支持一个奇怪观点：地球围绕太阳“直线”下落。

[1]任何科学理论都有一定局限性，超出范围就必须建立新理论，原有的理论就被“证伪”了。