If you pay attention, this episode is going to blow your mind.
—— Gabe Perez-Giz, PBS Spacetime
The distinction between past, present and future, is only an illusion, however persistent.
—— Albert Einstein
這是一篇有關(guān)《相對論》的文章，在這篇文章中，我想跟大家討論兩個非常有趣的話題，第一個就是上面的那句愛因斯坦親口說過的話 —— 過去，現(xiàn)在，未來，是同時存在的。如果你覺得已經(jīng)沒有什么話題可以比它更加顛覆常識的話，那么看看第二個話題吧：牛頓認(rèn)為，蘋果從樹上掉下來是因為蘋果受到了地球的引力。而愛因斯坦則認(rèn)為，不是蘋果從樹上掉下來撞到了地球，而是地球從下面升上去撞到了蘋果。
有沒有嚇跑你？哈哈！如果你還在這兒的話，讓我們開始吧！
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十九世紀(jì)的最后一天，歐洲的科學(xué)家們歡聚一堂。會上，英國著名物理學(xué)家開爾文男爵發(fā)表了新年祝詞，他在回顧物理學(xué)所取得的偉大成就時說：物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成，所剩的只是一些修飾工作，但是在經(jīng)典物理學(xué)陽光燦爛的天空中，漂浮著兩朵烏云。
第一朵是邁克耳遜 — 莫雷實驗的結(jié)果。
第二朵則是黑體輻射和紫外災(zāi)難。
開爾文男爵之所以說物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成，是因為蘇格蘭人麥克斯韋在1873年用四個美妙的公式統(tǒng)一了電磁學(xué)，那一刻激動的人們認(rèn)為我們已經(jīng)掌握了上帝造物的全部真理。麥克斯韋方程組說明了光就是電磁波，并且計算出了它的速度?？墒羌热还馐且环N波，它就要在一種介質(zhì)中傳播吧？就像水波在水中傳播，聲波在空氣中傳播。于是科學(xué)家們設(shè)想了一種看不見摸不到但充斥在宇宙中每個角落的東西 —— 以太，來充當(dāng)光波傳遞的介質(zhì)。
1887年，邁克耳遜和莫雷決定測量在地球這個參考系下，光的傳播速度。因為當(dāng)時的人們認(rèn)為，以太是不動的，地球是在動的（以每秒30公里的速度繞太陽公轉(zhuǎn)），所以順地球動的方向上的光速應(yīng)該比逆地球動的方向上的光速快。因為順地球運動方向的光速應(yīng)該 = 光本身的速度 + 地球的速度；逆地球運動方向的光速應(yīng)該 = 光本身的速度 - 地球的速度。
可是邁克耳遜和莫雷的測量結(jié)果卻令人大跌眼鏡：不論在哪個方向上測量，光速都是不變的。當(dāng)時的人們根本無法解釋這樣一個結(jié)果，所以它變成了物理學(xué)燦爛天空中的一朵烏云。
直到愛因斯坦的出現(xiàn)。
不過在介紹愛因斯坦的想法之前，我想先提醒大家一下當(dāng)時人們對世界的認(rèn)知，也就是牛頓對世界的認(rèn)知。
牛頓認(rèn)為，整個宇宙就是一個三維的空間在一條時間軸上不斷演化。不管空間還是時間，都是絕對的。意思就是它們對每個人來說都是一樣的。其實在日常生活中，絕大多數(shù)人的宇宙觀還是和牛頓一樣的。例如我會跟好友打電話說明天早晨八點在某某星巴克見。說這話的時候其實隱含著我的 “明早八點” 和她的 “明早八點” 是同一時間這一條件，因為似乎時間的流逝對我們來說是一模一樣的。
是這樣嗎？
愛因斯坦設(shè)想，如果一個人站在一列高速運動的火車上把一束光從車廂尾部的位置打到車廂頭部的位置，那么在他看來，光只走過了車廂長度的距離。但是如果有一個人是站在地上觀看這個過程的，那么光其實走過了更長的距離 —— 車廂長度 + 火車在這段時間的運行距離。
距離 = 速度 × 時間
既然速度相同（光速不變），距離卻不同，此時剛剛在英國嶄露頭角的福爾摩斯先生用他的經(jīng)典邏輯告訴愛因斯坦 —— 那么只能是時間不同！
設(shè)想你現(xiàn)在開著一輛車向正北方向駛?cè)ィ?小時后行駛了60公里（數(shù)字不重要），此時你距離出發(fā)地點，在正北（正上方）這條坐標(biāo)軸上，已經(jīng)相距60公里。但假設(shè)你是向正西北方向（左上方）駛?cè)?，一小時后仍然行駛了60公里，但此時你距離出發(fā)地點，在正北這條坐標(biāo)軸上，就僅相距42公里，那是因為你向北行駛的一部分運動，轉(zhuǎn)化給了你向西行駛的運動。因此你距離出發(fā)地點，在正西這條坐標(biāo)軸上也相距42公里。如圖：
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愛因斯坦認(rèn)為，時間和空間的關(guān)系就正是這樣呀！假設(shè)你現(xiàn)在站著不動，那么雖然你在空間中是不運動的，但是你在時間中是在運動的，對吧??？你在一分一秒的變老！這時候，你全部的運動都是在時間中，所以此時你的時間過的最快（一路向北）。如果你在空間中是運動的，就像那列高速運動的火車一樣，那么你在時間中的一部分運動，就被轉(zhuǎn)移給了你在空間中的運動，所以你的時間就變慢了！
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事實上，物理學(xué)家正是通過畫這樣的圖來研究物體的運動的。這種由于運動導(dǎo)致的時間變慢被物理學(xué)家們稱為 time dilation（我百度了一下這個詞被翻譯為 “時間膨脹”，我認(rèn)為翻譯的相當(dāng)有問題，所以我以后還是把它稱為 time dilation）。
Time dilation 這個現(xiàn)象已經(jīng)被無數(shù)的實驗所證明，例如在1976年，NASA 把一個原子鐘（根據(jù)不同原子的振動頻率來計算時間的鐘，可以精確到小數(shù)點后很多位）放在一架噴氣式飛機(jī)上，然后讓它在天上飛。然后把另一個一模一樣的原子鐘放在地下和天上那個做對比。果然，在飛機(jī)上的那個高速運動中的原子鐘走的比地下的這個慢了一點點，慢了多少也是被相對論的方程精確預(yù)測的。
當(dāng)然，我們必須用原子鐘這樣精確到小數(shù)點后很多位的測量儀器才能測量出時間差來，因為人類的運動能力實在是太低了，所以日常生活中我們根本感覺不到這種現(xiàn)象。只有當(dāng)我們的運動速度非常快的時候，才能顯著的感覺到它。因此在日常生活中，我的 “明早八點” 和你的 “明早八點” 確實幾乎是指同一時間。
Time dilation 這個概念非常重要！讓我們再舉兩個例子。
還記得時間和空間的關(guān)系吧？ 假設(shè)你現(xiàn)在站著不動，那么雖然你在空間中是不運動的，但是你在時間中是在運動的，對吧！？你在一分一秒的變老！ 事實上愛因斯坦，或者說《狹義相對論》認(rèn)為，我們在時間和空間中的運動加起來！才是我們真正目前所做的運動 —— 它等于光速。那么我們可以想象一下，如果我們以光速在空間中運動會發(fā)生什么？此時我們?nèi)康倪\動都是在空間里了，因此我們在時間中的運動就必然是靜止的了！換句話說，如果我們可以以光速運動，那么對我們自己來說，我們就可以一瞬間從宇宙的一端飛到宇宙的另一端。
這里需要稍微解釋一下。大家應(yīng)該都有個印象，就是說距離我們很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)的東西都是以光年為單位的，例如《三體》里面的三體人，住在距離我們四光年的星球上。因此我們會認(rèn)為，就算三體人是以光速的速度飛到我們這里來，也需要四年！但是注意，這句話是針對我們，也就是地球來說的，或者說的專業(yè)點，是以地球為參考系的。但是對三體人來說呢？由于它們是以光速運動的（在空間的坐標(biāo)軸上滿速運動），因此它們在時間的坐標(biāo)軸上就靜止不動了呀！所以，如果一個三體人是20歲出發(fā)的話，那么它達(dá)到地球的時候必然也是20歲。整個過程對它來說就是一瞬間的事！雖然對我們來說，時間已經(jīng)過去了四年。因為時間的流逝對處于不同運動速度的人來說是不同的呀！
提醒大家一下，愛因斯坦的這套理論叫做《相對論》，所以當(dāng)我們描述一件事的時候，例如一個人的速度，或者時間的流逝，一定要首先搞清楚前提條件 —— 這個描述是針對誰的？
Kip Throne 在其著作 Black Holes & Time Warps 中還舉了這個一個例子。假設(shè)你現(xiàn)在想駕駛一艘速度非?？欤ń咏馑伲┑挠钪骘w船飛往銀河系的中心去探索一下那里的 “超大質(zhì)量黑洞”。銀河系有多大呢？銀河系的直徑是十萬光年！而我們的太陽，距離銀河系的中心大約是 3.3 萬光年。
Kip Throne 計算了一下，如果我們以接近光速的速度飛行，那么對于地球人來說，最少也得 3.3 萬多年之后我們才能飛到銀河系的中心。但對我們自己來說，由于我們在空間中的運動速度非?？?，所以這整個過程對我們來說不過是二十年而已。換句話說，如果有一天人類真的可以制造出可以接近光速飛行的宇宙飛船，星際旅行將成為現(xiàn)實?；ǘ甑臅r間，去銀河系的中心看一看！難道你不想去嗎？哈，只要別想著回來就行了。因為等到我們回來，地球已經(jīng)過去六萬多年了（應(yīng)該已經(jīng)是猩猩的世界了）！
這意味著什么呢？
牛頓的世界觀，或者說常識告訴我們，似乎所有人都同意一個事實，就是過去的事都已經(jīng)過去了，而未來的事都還沒有發(fā)生，對所有人來說，只有 now，或者說 “現(xiàn)在”，才是真實存在的。所以我們才有個詞叫做 “現(xiàn)實”。這個 “現(xiàn)實” 對所有人都是一樣的，是所有人都可以同意的。這個現(xiàn)實在不斷的隨時間演化，moment after moment, after moment。
但其實 Time dilation 這個現(xiàn)象告訴我們，是不可能存在一個 moment，或者說一個 now，讓所有人都同意的。也就是說，你的現(xiàn)實和我的現(xiàn)實，所包括和所描述的東西并不一樣。
如圖，假設(shè)你和兩個小伙伴駕駛著宇宙飛船在天上勻速向右側(cè)飛行（勻速飛行意味著你們之間的距離保持不變），你的飛船在中間，小伙伴的飛船分別在頭部和尾部：
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此時你用飛船的激光設(shè)備同時向前后兩艘飛船發(fā)射兩束激光，這兩束激光就是命令 —— 讓它們加速！對你來說，沒有問題，因為光速本身不變，你和前后兩艘船的距離也沒有變，因此你的小伙伴們應(yīng)該是同時接收到信號，并且同時開始點火 —— 加速！
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但是請注意，如果我是站在地面上觀看這一過程的，那么對我來說，如圖，是左邊那艘飛船先接收到信號喔！因為飛船在向右側(cè)移動，所以光從你的飛船飛到左邊那艘飛船的距離要比光飛到右邊那艘飛船的距離短很多！這個跟前文中愛因斯坦的那個火車上的思想實驗是一個原理。
因此對我來說，是左邊那艘飛船先接到信號，從而先加速！右邊那艘飛船后接收到信號，從而后加速！然而對你來說，卻是兩艘飛船在同一時間加速！那么你說誰對呢？很明顯，你我都是人呀，我們之間應(yīng)該是沒有任何區(qū)別的，那么只能是 “都對”！造成我們意見不同的原因不過是我們相對于 each other 都在運動而已（雖然我相對于地球是靜止的）。
這說明什么呢？說明宇宙中并不存在一個 moment，或者說一個 now，是可以讓所有人都同意的。事實上，如果我們讓飛船飛行的速度更快（接近甚至等于光速），或者讓我站的更遠(yuǎn)一點（例如站到宇宙的另一邊去），那么這種 “不同意” 的尺度也會越來越大。
還記得三體人吧？他們居住在距離我們四光年之外的地方。Time dilation 這個現(xiàn)象告訴我們，如果三體艦隊現(xiàn)在已經(jīng)整裝出發(fā)，沖著地球過來了，那么它們的現(xiàn)實就是會包括地球的未來呀！為了簡單起見，我們還是假設(shè)它們以光速運動。那么對它們來說，從三體星到地球只需要一瞬間！而等它們到地球的時候，地球已經(jīng)是四年后了！換句話說，三體人在出發(fā)的那一刻！它們的現(xiàn)實就是地球四年后的樣子。那么如果是一個居住在銀河系中心的文明以光速沖著地球來了呢？它們在出發(fā)的那一刻，地球 3.3 萬年以后的景象就是它們的現(xiàn)實！如果是一個居住在 100 億光年外的文明呢？它們在出發(fā)的那一刻，地球 100億年以后的景象就是它們的現(xiàn)實！ 不過到時地球肯定已經(jīng)沒了，連銀河系都沒了，和仙女座 merge 了。
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仙女座讀作 Andromeda！好喜歡這個詞的發(fā)音啊有沒有 ~
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Okay，歡迎從40億年之后回來，我們繼續(xù)討論相對論 ~
如果你覺得假設(shè)以光速運動有點不靠譜，其實就算是以非常低的速度，只要它們是沖著地球的方向來的，那么地球的未來就必然是他們的現(xiàn)實，至于對我們來說是一個小時后的未來，還是 100 億年后的未來，是無所謂的。
重點是對它們來說，地球的未來就是存在的現(xiàn)實！
如果它們是背對著地球運動呢？那么地球的過去對它們來說就是存在的現(xiàn)實了。因此，如果說你的未來是我的過去，我的過去是你的現(xiàn)實，我的現(xiàn)實又是你的未來，那么說明什么呢？只能說明所有的過去，現(xiàn)在和未來，都是現(xiàn)實呀！它們都是 equally real 的！所以愛因斯坦才會說出那句：
The distinction between past, present and future, is only an illusion, however persistent.
這句話到底是什么意思呢？什么叫 “過去，現(xiàn)在和未來是同時存在的？”
首先，讓我們再回到牛頓。牛頓認(rèn)為，整個宇宙就是一個三維的空間在一條時間軸上不斷演化，moment after moment, after moment。并且只有當(dāng)下這個 moment 是真實存在的（過去的已經(jīng)過去，未來則虛無縹緲），因為它是可以讓所有人都同意的。只有所有人都同意的東西，才能被稱為是真實的東西，對吧？
但是現(xiàn)在我們已經(jīng)知道，牛頓的世界觀已經(jīng)破產(chǎn)了，因為根本沒有一個 single moment 是所有人可以在同一時間，共同同意的。那么真實的世界是什么樣的呢？愛因斯坦認(rèn)為，牛頓把 space 和 time 分開是不對的，宇宙不是 space + time，而是 Spacetime！時空。是一個整體。
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如圖，愛因斯坦也認(rèn)為宇宙是由一個一個的 moment 組成的，但是他和牛頓的區(qū)別就是他不認(rèn)為宇宙在演化，而認(rèn)為每一個 moment 都是真實存在的。從宇宙大爆炸，到太陽系形成；從貝多芬寫出《命運》，到諾蘭的《星際穿越》上映；從銀河系和仙女座相撞，到最后所有的恒星都逐漸熄滅。這一切的一切，都是真實存在的東西，都是現(xiàn)實，都是 Reality，它們共同組成了 “時空” —— Spacetime！
這里我還是用 Gabe 在 PBS Spacetime 里的那句話來總結(jié)：Reality is not a 3D space that evolves in time, instead, it's a 4D spacetime that's JUST THERE ~
Just there 這兩個詞用的很棒！
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Brian Green 在他的視頻 PBS Nova - the Fabric of Cosmos 里，給我們展示了一下 Spacetime 的樣子。我們可以看到，這塊 “大面包” 它并不演化，It's just there ~
這張圖有趣的一點是圖中的 Brian Green 就像一個五維生物一樣站在這四維的 Spacetime 之外。因此如果他愿意的話，他可以同宇宙中的任何一個時間的任何一個地方進(jìn)行互動。當(dāng)然，這是《星際穿越》里面的情節(jié)設(shè)計，肯定是 science fiction 啦！我是不相信會有什么五維生物之類的東西的。當(dāng)然，五百年前的人還以為太陽是宇宙的中心呢，So ~
那么如果沒有五維這種東西的存在，就在這個四維時空里，我們有辦法 “穿越” 嗎？
去到未來是很 “容易” 的。我們只要找一艘飛的特別快的飛船，然后開出去轉(zhuǎn)兩圈，等回來的時候，我們可能只老了幾天，而地球已經(jīng)過去了一百年。這就相當(dāng)于是穿越到未來了。回到過去呢？比較復(fù)雜，需要用到一種被稱為 “蟲洞” （wormhole）的東西。
蟲洞是一種連接 Spacetime 里不同時空節(jié)點的隧道。很簡單，比方說你現(xiàn)在在 Spacetime 上的坐標(biāo)是 2017年，舊金山；那么你只需要走進(jìn)蟲洞，然后就可以從比方說 2007年，舊金山這個坐標(biāo)里出來就好了。一旦我們接受了 Spacetime 這個概念，利用蟲洞來完成穿越就很容易了。
當(dāng)然，蟲洞具體是怎么回事兒我們必須等到下篇文章才能搞清楚。它目前只是理論上可行，誰也沒見過。事實上很多科學(xué)家都不相信它的存在，或者說就算存在，也不可能把人這么大的東西放進(jìn)去。不然為什么到目前為止我們都還沒有發(fā)現(xiàn)從未來 “穿越” 回來的人呢？而且如果可行的話，也會導(dǎo)致例如 “祖父悖論” 這種邏輯問題。要知道科學(xué)家在研究宇宙的時候是抱有一個堅定的信念的，就是宇宙一定是 make sense 的！不然為什么不干脆說我們的宇宙是一個電腦程序然后所有的問題都是系統(tǒng)設(shè)定不就好啦？
好了，“穿越” 問題我們就討論這么多。接下來我們還要 dig deeper，去探尋一下到底為什么會發(fā)生 time dialation 這種現(xiàn)象！你準(zhǔn)備好了嗎？
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As usual，讓我們來進(jìn)行一個思想實驗。
（PBS Spacetime 有一集叫做 when time breaks down，把這個問題講的非常好，我會把這個視頻的地址，以及之前出現(xiàn)在文章中的各種圖片，視頻的出處都寫在文章的 P.S. 部分）
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如圖，假設(shè)我們有一個 “光子表”，由兩個沒有質(zhì)量的鏡子，和一個在它們之間彈來彈去的光子組成。我知道沒有質(zhì)量的鏡子這種東西是不存在的。其實就算有質(zhì)量也沒關(guān)系，只是這樣簡化了系統(tǒng)，方便理解。
這個光子在這兩面鏡子之間彈來彈去，來回彈一次，表就走一下，或者我們說完成一次 tick，也意味著時間往前推進(jìn)了一次。很明顯，光子 tick 一次所需要的時間 = 光子走過的距離 ÷ 光速。
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重點來了。上圖中這個長的有點頹廢的朋友，就是 PBS Spacetime 的主持人 Matt ~ 我們假設(shè)現(xiàn)在右邊這個光子表相對于 Matt 開始運動了！它在遠(yuǎn)離 Matt！那么對于 Matt 來說，如圖，右邊那個光子彈一個來回要走過更長的距離了？對吧？所以對 Matt 來說，由于光速是不變的，因此右邊那個光子表走的更慢了，因為光子要完成一次 tick 的時間變長了！而 Matt 自己的光子表 —— 左邊那個，卻并沒有變慢，因為光并不需要走更遠(yuǎn)的距離。
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那么如果右邊這個光子表的運動速度非常非?？炷?？對靜止不動的我們來說，我們就會發(fā)現(xiàn)它要完成一次 tick 所需要的時間變得越來越長了！或者換句話說，它的時間走的越來越慢了！
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那么如果右邊這個光子的運動速度達(dá)到了光速呢？那么它就永遠(yuǎn)也不可能完成一次 tick 了，于是它的時間徹底停止了！
是不是很神奇??？那么這個思想實驗和真實的世界有什么關(guān)系呢？
As it turns out, EVERYTHING!
接下來我要寫上一些比較 technical 的東西了，會提到很多名詞，例如電磁力，強(qiáng)核力，弱核力，Gluon，Higgs Field 之類的 ~ 如果大家想多學(xué)一些物理學(xué)知識，那么當(dāng)然建議繼續(xù)讀下去。如果大家只想知道這個光子表的思想實驗如何解釋真實世界中的 time dialation 的話，我可以在這里總結(jié)一下：
In case 你還沒有發(fā)現(xiàn)，時間只是一個 illusion，它并不真實存在，真實存在的是物質(zhì)的變化，對吧？時間只是我們用來衡量物質(zhì)變化速度的一個 unit。而宇宙中一切物質(zhì)的變化，都源于四種相互作用。而四種相互作用的實現(xiàn)，就跟我們上面的這個光子表的原理一模一樣。
舉個例子，四種相互作用中最常見的一種應(yīng)該就是電磁力了。電磁力的實現(xiàn)是因為電子之間在交換光子。例如我的手為什么可以 “摸到” 墻，就是因為組成我手的原子的電子和組成墻的原子的電子相互之間交換了光子，所以我感受到了墻的存在。這個電磁力的原理對應(yīng)我們上面那個光子表，很明顯，那兩面鏡子就是兩個電子，而中間的光子則剛好就是光子。
好了，我們再來想想衰老這個過程。衰老是因為什么呢？因為體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。而所有化學(xué)反應(yīng)的原理都是電磁力。電磁力的實現(xiàn)又是因為電子之間在交換光子。因此，如果相對一個靜止的人來說，一個運動的人體內(nèi)電子之間交換光子的速度變慢了！那么他體內(nèi)所有化學(xué)反應(yīng)的速度也會變慢，那么他衰老的速度當(dāng)然也就變慢了！
如果一個人的速度達(dá)到了光速，那么他體內(nèi)的電子之間就沒辦法交換光子了，一切的化學(xué)反應(yīng)都停止了 —— 他的思考必然也會停止，那么時間對于他來說當(dāng)然也就停止啦！
但是這里必須要非常非常注意的是，我們所說的運動，指的都是相對于靜止的人來說。對于他自己來說，其實他自己的時間依然是正常 tick 的。如圖：
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對于坐在右邊光子表上的那個人，也就是正在遠(yuǎn)離 Matt 的那個人來說，他其實是靜止的（相對于你自己來說，你永遠(yuǎn)是靜止的嘛！你之所以覺得自己在跑，那是相對于地球來說的），他的表是正常 tick 的，Matt 則變成了在運動的那一個 —— 向左邊運動。Matt 的時間反而變慢了！
Okay, thank you for your excellent performance, Matt. And btw, you are kind of handsome ~
好了，總結(jié)部分結(jié)束。如果大家還想了解更多！可以繼續(xù)讀下去。如果想跳過接下來這些比較 technical 的內(nèi)容，則可以直接去讀 P.S. 部分。
如果你看過我的一篇文章叫做《只有能量沒有質(zhì)量》的話，就最好了！如果沒有看過的話也沒關(guān)系，你只需要閉上眼睛相信我接下來要說的話就可以了！哈哈！
首先，大家應(yīng)該都知道愛因斯坦最著名的那個公式叫做 E = MC2，能量 = 質(zhì)量 × 光速的平方，這個公式的意思不是說能量可以轉(zhuǎn)化成質(zhì)量，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化成能量。而是說這個宇宙中在本質(zhì)上就不存在一個叫做 “質(zhì)量” 的東西。換句話說，我們平時所說的 “物質(zhì)”，其實并不是我們腦袋里想象中的那種 “看得見摸得到的物質(zhì)”，而只是 “能量的一種表現(xiàn)形式”。
注意，這里我并不想說這個世界上沒有物質(zhì)這種東西，如果說沒有物質(zhì)，那么電子是什么？電子確實是真實存在的東西，只不過它不是我們想象中的那種可以看得到摸得到的東西。你是不可能摸得到電子的。事實上，你是不可能真正摸到任何東西的。后面我們會解釋為什么。
“沒有質(zhì)量只有能量” 這個概念用 PBS Spacetime 里 Gabe 的話說就是：“mass isn't really a thing at all, it's a property, a property that all energy exbits.”
此時你會想，不對吧？能量這種東西不應(yīng)該是不受束縛的在宇宙中以光速飛來飛去的嗎？就像光這種東西，就是一種典型的能量，打在你身上感覺暖暖的。如果說宇宙中沒有質(zhì)量只有能量的話，為什么我們還能存在呢？沒錯，但是宇宙中除了能量之外，還有四大基本相互作用。它們分別是強(qiáng)核力，弱核力，電磁力和引力。
比方說，為什么你身體的各個部分沒有都以光速飛到別的地方去了呢？是因為電磁力！我們?nèi)庋劭梢姷淖钚〉奈镔|(zhì)結(jié)構(gòu)就是分子了，分子本身其實就是由電磁力把各個原子 bonding 在一起的，所以每個原子才沒有都飛出去。分子和分子之間也是被電磁力 bonding 在一起的。所以正是因為電磁力把無數(shù)的分子結(jié)構(gòu)給 bonding 在一起了，才有了你，我，這樣的傳統(tǒng)意義上的物質(zhì)。
好了，分子的排列組合是由于電磁力的 bonding，那么原子呢？原子是由原子核和電子組成的。原子核帶正電，電子帶負(fù)電，所以電子本身也是由電磁力 bonding 在一起的！
如圖，原子核又由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子又由夸克組成。正是強(qiáng)核力，將?夸克們 bonding 在了一起組成中子和質(zhì)子，所以夸克們才沒有都飛走。同樣，也是強(qiáng)核力將質(zhì)子和中子們 bonding 在一起，組成原子核。
最后，那么電子和夸克又為什么沒有都飛走呢？因為弱核力。它們跟 Higgs Field 產(chǎn)生相互作用。
那么四種相互作用力都是由什么機(jī)制來實現(xiàn)的呢？引力這個比較復(fù)雜，我們下篇文章再說！剩下的三種力，都是由交換某種東西來實現(xiàn)的！
例如電磁力的實現(xiàn)，其實是電子之間在交換光子。例如我的手為什么可以 “摸到” 墻，就是因為組成我手的原子的電子和組成墻的原子的電子相互之間交換了光子，所以我感受到了墻的存在。注意，這里的 “摸” 是打了引號的，意思是其實你并沒有真正 “摸到” 墻。你只是感受到了墻的電子所發(fā)射出的光子而已。從這個角度想下去，其實我們發(fā)現(xiàn)我們是不可能真正接觸到任何東西的。
強(qiáng)核力的實現(xiàn)，是夸克之間在交換 Gluon；弱核力的實現(xiàn)，是電子和夸克在和 Higgs Field 交換 Higgs particle。
而宇宙中四大基本相互作用的作用速度則都是光速！例如我們多次說過的，電磁力的實現(xiàn)就是電子之間在交換光子，光子不就是以光速運動嗎？所以其實宇宙間的萬物，當(dāng)它們在（相對于別人）運動的時候，都跟我們前文中提到的光子表的原理一模一樣，它們的時間（相對于別人）會慢下來，因為（相對于別人）四大相互作用力發(fā)揮作用的頻率都變慢了。這個現(xiàn)象就被我們稱為 time dialation ~
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P.S.
我在寫這篇文章的整個過程中都感覺到非常的快樂。因為一方面感嘆于愛因斯坦他老人家的天才！另一方面也為宇宙的神奇與壯美所傾倒。以至于寫到一半的時候直接叫了好友來跟我一起重看了一遍《星際穿越》。說到《星際穿越》，其實我在這篇文中解釋的 time dialation 的原因 —— 速度，并不是《星際穿越》故事中出現(xiàn) time dialation 的原因 —— 引力。這個問題我們只有等到下一篇文章來解答了。
我還想提醒大家，《相對論》可不是假說。過去的一百年中，已經(jīng)有無數(shù)的實驗證明了相對論的真實性。其最后一個預(yù)測 —— 引力波不是也被探測到了嗎？主持探測引力波的物理學(xué)家們都在今年獲得了諾貝爾獎（其中就包括《星際穿越》的 advisor Kip Thorne）。所以 Spacetime 這個概念應(yīng)該說 99% 是真實存在的吧。其實大家想想看，如果宇宙真的像牛頓描述的那樣，過去的事就真的過去了，死去的人就真的消失了。難道不傷感嗎？而如果 Spacetime 是真實的話，我們不是可以永遠(yuǎn)的存在于宇宙中，這難道不是一件好事嗎？
一些 reference，都是非常值得大家去看一看的東西：
光子表的思想實驗，來自 PBS Spacetime 的這個視頻：https://www.youtube.com/watch?v=GguAN1_JouQ&t=357s
對哪艘飛船先接收到信號持有不同意見的截圖，來自這個視頻：https://www.youtube.com/watch?v=ev9zrt__lec&t=4s
文中多次提到Brian Green 以及他的紀(jì)錄片 PBS Nova - the Fabric of the Cosmos；截圖都來自 the illusion of time 這一集。不過整個 series 都非常的精彩！非常推薦大家去看一看。如果覺得紀(jì)錄片還不過癮的話，同名的書 —— the Fabric of the Cosmos 也非常的棒，可以為紀(jì)錄片補(bǔ)充很多的細(xì)節(jié)，尤其是牛頓呀，愛因斯坦呀他們都是如何想問題的，一個又一個的思想實驗都設(shè)計的巧奪天空，針鋒相對，非常的有趣。???
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