这才是你的世界！：时间与空间的思想实验

作者简介

简 易 想当宇宙学家的哲学博士，曾任大学研究员、科技业高管及少年大学生辅导者（以本书中的教育理念辅导一双儿女十三岁考上大学）。

内容简介

毛毯、蹦蹦床和口香糖（节选） 安顿把一颗葡萄递给马克，说：“我猜到你要做什么了。这块毛毯要是橡皮做的，有弹性，就更好了。” 马克把葡萄放在毛毯的中心，对他说：“这次你来讲解吧。这毛毯呢，就凑合着用吧，不足之处，我们用想象力去补哈。” 安顿推辞道：“不是说好了，易子而教吗？还是你来吧。如果你说错了，卡了，我来纠正，我来接手。” 那一粒小小的葡萄虽然很轻，但在毛毯的中心还是压出了一小块浅浅的凹陷区域，像是一只布面的小圆盘。“圆盘”底部的紫葡萄表皮上，一层均匀分布的白霜在清凉的晨光里呈现出灰白的颗粒感。 “看到这个现象了吧？为什么本来铺得平平整整的毛毯凹陷了？” 安泽看不出这里面有什么魔术，催马克快点表演：“葡萄呗。你要是放个更大个的上去，就会陷得更深。” “好。请把这葡萄想象成一颗星球，把毛毯想象成空间。如果这空间里空无一物，那就是刚才绷平的那种状态，空间是平直的。可是，这颗星球放上去后，毛毯凹陷了，也就是说，空间凹陷了，而且，越靠近星球的空间凹陷得越深，但远处的空间还保持着相对平直。” 他们从桌面上找到一颗面包上掉下的芝麻，就把那颗芝麻放在毛毯圆盘里。芝麻太轻，勉强保持着自己既不被微风吹到盘外，又不会滑落到盘底。马克说：“别看芝麻小，它也会造成凹陷。只是凹陷太轻微，肉眼看不清而已。如果给这颗芝麻一个横向的速度，它就会绕着葡萄，沿着圆盘的内侧转，就像是葡萄的小行星。这个弯曲的空间保证了芝麻会一直在葡萄的周围转，不会飘走。牛顿说那是因为引力，可没说为什么会有引力。爱因斯坦说那是因为时空弯曲，小球体被大球体拉着转是弯曲时空中的惯性运动。物体按最小作用量原理在弯曲时空里移动，所谓的引力只不过是根据那种路径想象出来的‘绳子’而已。” 安顿又递过来一只小苹果，说：“你应该说那颗芝麻是光，光线在弯曲时空里走不直了，在一堆巨星之间走歪路，走邪路。芝麻太小了，看不清，你用这个苹果吧。” 马克示意安得接过苹果。安得捏着果柄，放到毛毯圆盘外一块平直的布面上，久久不敢放手。他在脑里回放马克之前提到的类似话题，想把那些零零碎碎的初步知识都集中放入眼前的这个实验。就在他有点走神了，让苹果的重力拉着他的手指向下沉入一点时，一个更深的凹陷形成了，刚才那个圆盘消失了，葡萄和芝麻都滚到苹果旁边。 他一点都不后悔，因为他看出奥秘来了。苹果一进去就一统天下，越重的东西造成的弯曲越大，这个弯曲还能吸引附近比较轻的东西滚入它的势力范围。苹果越重，凹陷越深，引力越大。凹陷处附近的芝麻和葡萄只好俯首称臣，顺着斜坡滚入那块空间的最深处——因为那里的引力最大。 “对。如果放入更多东西，如果这个毛毯有弹性，你就会看到处处凹陷，处处弯曲，各个东西之间还互相牵扯。真实的时空弯曲比这个毛毯要复杂得多，就是因为物体的不均匀分布造成了时空的不均匀，而这种不均匀、不平整、到处坑坑洼洼的时空才是宇宙的真实面目。如果没有太阳造成的弯曲时空，地球就不会绕日公转，很有可能头也不回地离开太阳系，最后要不直接撞上某颗星球，要不路遇某颗更热的恒星，被拉着不让走，不久就被烧烤成火球。感谢太阳压出来的这个凹陷，让地球能宅在太阳系里安居乐业。”马克捡起那颗葡萄，哭丧着脸说，“地球也是个苦命的主，不得不以每小时10万多千米的速度绕着太阳公转，一旦停下，就会像刚才的葡萄，落到弯曲时空的最低处。太阳就在那个凹陷的底部等着呢，地球掉下去就万劫不复了，一切都将在太阳的熔炉中化为乌有。为了避免这个结局，地球每时每刻都带着我们在时空的斜坡边缘快速滚动。而我们人类坐享其成，什么都不做就可以坐地日行257万千米。” 马克说了这么多，让安泽等得不耐烦了。她探头往里看，没看出什么异样。安得则歪着脑袋看着整张毛毯，说：“住在这种空间里，到处都看着别扭，伸不直手脚，什么线条都曲里拐弯的，可为什么我们人类却感觉不到呢？” “这只是小模型而已，实际空间亿万倍大，除非你身高几万米，否则感觉不到弯曲的。”马克放开手指，让刚才拿起的葡萄掉入毛毯，接着说，“如果你们能想象这是一颗石子，毛毯是水面，石子一入水，就会看到两个结果：水面弯曲和涟漪扩散。很常见的现象，是吧？时空也一样，那种弯曲会扩散，从凹陷中心最深处向外扩散。” 安得恰到好处地接话说：“如果两颗石子碰撞，那就是我们以前聊过的引力波了。” “是的。”说到引力波，马克便想起树枝，就在地上捡起一根小树枝，小心翼翼地在凹陷处内侧比划着。“不过，你们学校里正在教的几何学可能在这里面要碰壁了。比如，三角形内角之和等于180°，是吧？那是在平直的空间里。假如空间是弯曲的，就像这里，画个三角形，看，内角和还是180°吗？即使画在苹果表面上，三个边的线条也得顺着球面走，内角和也不等于180°。勾股定理不灵了，圆周率π也不用背了。弯曲空间里的圆和平直空间里的圆不是一回事，在不同弯曲度的空间里，圆周率的数值也不一样。所以，要判断自己是不是在弯曲空间里，其实很简单，你只要计算那里的三角形的内角和或圆周率就可以了。” ◎ 这世界合理吗？宇宙必须有意义吗？夜空为什么是黑色的？宇宙的外面是什么？时间是人造的概念吗？懒人有道理？外星人存在吗？时空有方向吗？你真的知道自己身处何时何地，将要何去何从吗？ ◎ 多少人一生都走不出青少年时期的教育和日常经验，至今还停留在牛顿和伽利略时代的旧时空观中？如果说大人已经“没治”了，那未受“蒙蔽”的未成年人反倒可以轻装上阵，更好地接受新时空观。 ◎ 本书通过少年安得一家与神秘的马克叔叔的故事，呈现了最近一百多年的科学进展和发现。不需专业知识，不用公式计算，读者可在聊天一样的阅读快感中，重新认识时空，认识世界，认识宇宙，认识自己。 ◎ 从光到宇宙波，从时空的形状到时空的方向，从时间闭环到时间旅行，从时间之“生”到时间之“死”，本书内容广阔又层层递进，读者可跟随少年安得一步步进入“新时空”。 ◎ 用毛毯模拟时空弯曲，在机场拆解时间之迷……书中用例和实验皆选择日常生活中熟悉的环境和材料，低成本，可复制，易操作。重要概念和案例配有插图，方便读者理解。 ◎ 本书不只是给孩子的“时空简史”，也不只是关于少年安得的“成长小说”，从中，我们还将看到作者对学习方法的探讨，对知识的反思，对人类乃至宇宙命运的思考。 ◎ 作者简易是一名想当宇宙学家的哲学博士，曾任大学研究员、科技业高管，以本书中的教育理念辅导一双儿女十三岁考上大学。 ◎ 这是一场探索新时空新世界、磨炼大思维大认知的冲关游戏——请进！