質(zhì)能奇跡
聊完了超光速，本章的壓軸大戲正式上演
愛因斯坦現(xiàn)在手上有這么一個質(zhì)速公式：
此外，人們很早就知道一個運(yùn)動的物體是具有能量的。經(jīng)典物理學(xué)對動能的計算公式是：
愛因斯坦知道經(jīng)典的動能公式肯定也需要修正，于是他開始像搭積木一樣把這兩個公式搭來搭去。很快，奇跡出現(xiàn)了，愛因斯坦的草稿紙上出現(xiàn)了下面這個公式：
這就是大名鼎鼎的質(zhì)能公式。
它代表了質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)換的，它解開了英國科學(xué)家盧瑟福在前不久發(fā)現(xiàn)的神秘的放射性物質(zhì)為何能發(fā)出巨大的能量之謎，也解開了開爾文勛爵冥思苦想也想不通的太陽為何能經(jīng)久不息地放出如此巨大能量之謎。
這真的是不可思議，因為這個c的平方是個大得不得了的數(shù)字，這個數(shù)字是90,000,000,000（千米/秒）平方，也就是說1克的物質(zhì)如果全部轉(zhuǎn)換為能量就可以產(chǎn)生90萬億焦耳的能量。這是多大的一個能量呢？打個比方，假設(shè)我能自爆，把我自己70千克的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)換為能量，那么就相當(dāng)于30多顆氫彈的威力。這太恐怖了！你驚呼一聲，周圍每個人都隨身攜帶30多顆氫彈啊，以后得躲遠(yuǎn)一點(diǎn)。別激動別激動，沒人能把自己變成氫彈自爆，即便是威力巨大的原子彈，也不過僅僅能把1% 的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量而已。
但筆者請你千萬記住的兩點(diǎn)是：（1）愛因斯坦并沒有參與原子彈制造，質(zhì)能公式也不是造原子彈的理論；（2）即便沒有質(zhì)能公式，原子彈也一樣能造出來，只不過原因仍然會很神秘。
這個質(zhì)能公式是如此的簡潔而又不可思議，以至于它成了相對論和愛因斯坦的代名詞，甚至被用來代表科學(xué)。但如果愛因斯坦地下有知，他可能會覺得如果用相對論因子γ的公式來代表，也許馬馬虎虎還能接受。
在《論運(yùn)動物體的電動力學(xué)》這篇論文即將發(fā)表的前夕（1905年9月底），愛因斯坦把他最新發(fā)現(xiàn)的質(zhì)速公式和質(zhì)能公式寫了一篇僅僅三頁紙的論文，作為上一篇論文的補(bǔ)充，定名為《物質(zhì)的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？》，又投給了《年鑒》雜志，兩篇文章終獲發(fā)表。
正當(dāng)相對論逐漸被更多物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家接受時，愛因斯坦本人卻冷靜地看到了其中的兩個缺陷。什么呢？真正的慣性系幾乎找不到，而放眼宇宙，更是非慣性系主宰了我們的世界。同時，無論他如何嘗試，都無法將引力納入到相對論的理論中。新的障礙橫亙在了愛因斯坦的面前。然而十年后愛因斯坦便再次做出巨大突破，將相對論極大地提升到了一個全新而更廣闊的高度。于是人們把1905年的相對論稱為“狹義相對論”（SpecialRelativity），把1915年的稱為“廣義相對論”（General Relativity）。
四個搞腦子問題
寫到這里，本章的內(nèi)容即將結(jié)束。如果你此時的感覺是：“狹義相對論原來也并不難懂嘛，我基本上都看明白了”，那是筆者莫大的榮幸。但是，我想問：你真的明白了嗎？抱歉，我馬上要給你一點(diǎn)小小的打擊了，你以為你全都明白了，其實(shí)也許并非如此，讓我來問你這么幾個問題，請你思考一下：
第一個問題：
想象一下，愛因斯坦和哈勒各自駕駛著一艘同一型號的宇宙飛船在黑漆漆的太空相遇。在愛因斯坦的眼中，哈勒的飛船開始是一個小亮點(diǎn)，然后越來越大，最后以高速從他身邊飛過，一轉(zhuǎn)眼就不見了。愛因斯坦心里想，根據(jù)狹義相對論的時間膨脹和空間收縮效應(yīng)，哈勒的時間過得比我慢，哈勒的飛船相對我的飛船縮小了。但是，讓我們跑到哈勒那里，在剛才那起相遇事件中，哈勒看到愛因斯坦的飛船開始是一個小亮點(diǎn)，然后越來越大，最后以高速從他身邊飛過，一轉(zhuǎn)眼就不見了。哈勒心里也在想，根據(jù)狹義相對論的時間膨脹和空間收縮效應(yīng)，愛因斯坦的時間過得比我慢，愛因斯坦的飛船相對我的飛船縮小了。親愛的讀者，請問，他們到底誰比誰的時間變慢了？誰比誰的飛船縮小了？
第二個問題：
想象一下，你即將坐上一艘亞光速飛船告別地球上的雙胞胎弟弟去太空旅行，當(dāng)你弟弟看到你的飛船瞬間沖上云霄，一下子就飛得不見蹤影時，他在心里面想，等哥哥回來的時候，我就比他老了，哥哥會比我顯得更年輕?？墒?，你在飛船上可不一定這么想，對于你的感覺來說，你覺得是地球載著你的弟弟突然飛離你而去了，你越想越覺得有道理，所以感慨道：“等我再見到弟弟的時候，我就更老了?！庇H愛的讀者，你覺得你們見面的時候，你到底是變得更年輕了呢還是變得更老了？（雙生子佯謬）
第三個問題：
洛倫茲開著一輛亞光速飛車正在平坦的北極冰面上飛馳，他越開越快，真是爽極了。突然，車載雷達(dá)顯示，前方有冰面出現(xiàn)了一道裂縫，裂縫的寬度剛好和飛車一樣寬，情況十分緊急，到底要不要剎車？洛倫茲突然想到，啊哈，那個裂縫正相對我做著高速運(yùn)動，它會在運(yùn)動方向上收縮，于是會小于我的車長，我應(yīng)該能順利地沖過去。這么一想，洛倫茲心里一寬，反而踩下了油門加快速度?？墒邱R上就要到裂縫時，一個念頭突然冒出來，他嚇呆了：如果裂縫里面有一個人，從他的眼里看來，我正在朝他飛速運(yùn)動，因此我的車子在運(yùn)動方向上會收縮，我會更容易一頭跌入冰縫，天哪，得趕緊剎車！可是此時已經(jīng)來不及了。親愛的讀者，請問倒霉的洛倫茲先生到底有沒有掉入那個冰縫中呢？（長棍佯謬）
第四個問題：
龐加萊先生正指揮著一艘潛水艇在大西洋中游弋，海里的美景真是美不勝收，看上去比數(shù)學(xué)公式要有趣得多。突然，一陣凄厲的警報聲把龐加萊的思緒拉回現(xiàn)實(shí)。中士慌慌張張地跑來報告說一個不明物體擊中了潛水艇，撞壞了深度控制箱，潛水艇正在下沉，情況危急。龐加萊不愧是久經(jīng)考驗的大師級人物，臨危不亂，他想：只要我加快潛水艇的前進(jìn)速度，那么對面的海水就會相對潛水艇做高速運(yùn)動，根據(jù)狹義相對論的質(zhì)速公式，海水的質(zhì)量會增加，那么密度就會增加，浮力就會增大，我們的潛水艇就能順利上浮了。當(dāng)龐加萊正要發(fā)出以亞光速加速前進(jìn)的指令時，他突然又想：哎呦不對，一加速，在海水看來，潛水艇的質(zhì)量就增大了，我豈不是下沉得更快？龐加萊這時也無法保持鎮(zhèn)定了，看著全體艇員焦灼的目光，大顆汗水從額角落下。親愛的讀者，請問可憐的龐加萊先生到底該不該下達(dá)加速前進(jìn)的命令？（潛水艇佯謬）
問題問完了。
請原諒我，你本來已經(jīng)清楚的頭腦，突然一下子又墜入深淵，你忍不住火冒三丈，這該死的相對論到底該相對誰?。?/p>
請息怒，我親愛的讀者，你一點(diǎn)都不需要感到郁悶，這些問題不但困擾你，同樣也曾經(jīng)困擾著比我們聰明十倍的大科學(xué)家們，那個雙胞胎到底孰老孰少的問題也曾經(jīng)引發(fā)過全世界范圍的大討論。
要搞清這些問題，不是我三言兩語就能說得清的。請你系好安全帶，我們的旅程才剛剛過半，更刺激、更驚險、更不可思議的故事和風(fēng)景還在前面等著我們。猶豫什么，請跟我繼續(xù)出發(fā)吧！
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