◆本书没有比勾股定理更难的公式

见证爱因斯坦的物理革命——相对论的诞生

发现从宇宙黑暗时代运行至今的时空观

◆未来已来，带你彻底搞懂相对论是如何改变世界！

颠覆性的通俗易读——只要你能搞懂勾股定理，就能搞懂相对论

颠覆性的物理革命——从此时空再也不是绝对的，它是可以扭曲的

颠覆性的质能方程——揭秘霍金在《时间简史》中仅保留的公式E=

◆多家闻名世界的媒体争相推荐

作者开辟了一条清晰的道路，带领大家通往令人望而生畏的领域。—《新科学家》

很难想象有哪两位作家会比布莱恩;考克斯和杰夫;福修更适合这份工作。—《BBC聚焦杂志》

没有故弄玄虚。两位聪明的物理学家语言通俗易懂，讲述引人入胜，任何有冒险精神的人都会被吸引。—《赫芬顿邮报》

这一次，你将真正理解相对论，跟上爱因斯坦的脚步，吃透现代物理学基础！

两位作者在书中完整解释时间空间的相对性、光速的极限，以及为什么愈接近光速，时间就会愈慢等相对论的基础概念，并且思考一连串更核心的问题：什么是能量？什么是质量？光速与能量、质量究竟有什么关系？为什么光速是质能转换的兑换率？在回答这些问题的同时，作者也带我们来到大型强子对撞机的实验现场，探索希格斯粒子与质量起源的奥祕。

本书入围科普书z高荣誉——英国皇家学会科学图书大奖决选名单，是近年难得一见深具启发性的科普读物，也是一本能让你真正理解相对论的书。从 E=mc2 出发，我们将能了解所有关于宇宙的道理：时间、空间、质量、能量、标准模型、希格斯粒子……

布莱恩;考克斯

英国曼彻斯特大学理论物理学教授

英国皇家学会研究员

享有英国z高荣誉“不列颠帝国勋章”

他有三份工作： 在英国曼彻斯特大学教书；在欧洲粒子物理实验室（CERN）里研究大型强子对撞机；主持BBC纪录片《行星》《宇宙的奇迹》《太阳的奇迹》等。

杰夫;福修

英国曼彻斯特大学理论物理学教授

“麦克斯韦物理学奖章”得主

曾任职于卢瑟福实验室

前言 1

第一章 空间和时间 1

第二章 光速 13

第三章 狭义相对论 27

第四章 时空 43

第五章 为什么E=mc2 ？ 77

第六章 我们为什么要关心原子、老鼠夹和恒星引擎？ 107

第七章 质量的起源 127

第八章 扭曲时空 161

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。