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本书采用人人学过的非常简单的数学知识，再配以通俗易懂的插图，对相对论进行解说，介绍了人人都能理解的时间与空间的理解方法。你知道吗？时间旅行和宇宙论之间有很密切的关系！GPS 的精度提升也是托相对论的福！利用黑洞就能前往未来！阅读本书也是对大脑非常有益的一次锻炼。希望本书能够让更多的人了解到相对论的神奇之处。

前言 2

本书的顺序 8

爱因斯坦的幼年时期与青年时期 16

第1章  了解相对论之前的物理学

时间与空间会随着立场的改变而改变

～俯瞰相对论～ 18

牛顿力学与电磁学

～相对论诞生之前的物理学两大理论～ 20

匀速直线运动持续时的惯性定律

～牛顿运动定律～ 22

通过运动方程式解析物体的运动状态

～牛顿第二运动定律～ 24

作用力与反作用力定律

～牛顿第三运动定律～ 26

任何人都没有疑问的时间和空间

～牛顿力学对时间和空间的解释～ 28

光也是一种电磁波，像波一样传播

～麦克斯韦总结的电磁定量～ 30

宇宙之中充满了用来传播光波的以太

～光是如何传播的～ 32

迈克尔逊和莫雷否定了以太的存在

～光是不需要传播媒介的波～ 34

以太不存在，空间也被否定了

～爱因斯坦对空间的否定～ 36

在移动的船上扔出一个球，球会跟着船一起移动

～伽利略相对性原理～ 38

不管运动还是静止，物理法则都成立

～伽利略与爱因斯坦在相对论上的差异～ 40

如果光速不变，那么时间和空间就能伸缩

～光速是固定的～ 42

章的总结 44

术语解说① 45

爱因斯坦与奇迹之年 46

第2章  欢迎来到狭义相对论的世界

静止时和运动时看光的轨迹是不一样的

～运动的物体时间变慢①～ 48

对A来说，B的时间看起来变慢了

～运动的物体时间变慢②～ 50

反之对B来说，A的时间看起来也变慢了

～运动的物体时间变慢③～ 52

运动的物体时间会变慢，但在日常生活中完全感觉不到

～运动的物体时间变慢④～ 54

在视角固定的情况下，周围的景色看起来会缩小

～运动的物体长度缩短①～ 56

时间和空间都会伸缩，但只有光速恒定不变

～运动的物体长度缩短②～ 58

2μs的光速旅行

～神奇的μ子～ 60

即便是同样的现象，不同的观测者会得出

“同时”和“不同时”的结论

～同时性不一致①～ 62

利用时空图解释“不可思议”的现象

～同时性不一致②～ 64

在时空图的坐标中只有光速是相同的

～同时性不一致③～ 66

自然界中的任何物体都无法超越光速，

因为能量会变成质量

～越接近光速，质量越大①～ 68

质量不等于重量，只表示运动的难易度

～越接近光速，质量越大②～ 70

利用质量变成能量来进行发电的核电站

～质量与能量的等价性～ 72

第二章的总结 74

术语解说② 75

爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖 76

第3章  欢迎来到广义相对论的世界

狭义相对论的两个弱点

～为什么需要广义相对论～ 78

在封闭箱体中的人处于自由落体还是无重力状态

～惯性参考系与惯性力～ 80

利用引力和惯性力的等效性来突破弱点

～“人生中幸福的思考”～ 82

在下降的箱体中发出的光线会因为引力而出现弯曲

～光为什么不直线前进～ 84

太阳后面的星体发出的光芒会受太阳引力的

影响发生弯曲后抵达地球

～实际观测到的引力使光线发生弯曲～ 86

距离引力源越近的地方时间越慢

～引力对时空的影响①～ 88

对光线来说的短距离证明时空的弯曲

～引力对时空的影响②～ 90

光在弯曲的时空中直线前进，“直线”是短的距离

～引力对时空的影响③～ 92

引力是时空弯曲而产生的作用力

～与牛顿力学思考的差异～ 94

黑洞的周围空间扭曲、引力波扩散

～广义相对论预言的两个现象～ 96

搭乘火箭加速运动的哥哥比弟弟更年轻

～双生子佯谬～ 98

第三章的总结 100

术语解说③ 101

第二次世界大战与和平运动 102

第4章  相对论与我们的生活

GPS的精度提高多亏相对论

～GPD卫星的时间比地球上的时间更快～ 104

利用加速器创造出无限接近光速运动的粒子

～基于狭义相对论的高质量粒子～ 106

抛物线飞行创造出无重力空间

～没有引力的空间～ 108

把握大约138亿年前宇宙的诞生

～关于宇宙诞生的讨论～ 110

宇宙起源于虚无，星体诞生于大爆炸

～大爆炸与宇宙诞生～ 112

前往未来很简单？利用黑洞进行时间旅行

～相对论与时间旅行①～ 114

利用空间弯曲的虫洞实现瞬间移动

～相对论与时间旅行②～ 116

利用虫洞创造时间差回到过去

～相对论与时间旅行③～ 118

完成相对论后爱因斯坦的下一个梦想

～将这个世界上的所有作用力统一起来～ 120

第四章的总结 122

术语解说④ 123

主要登场人物 124

索引 125

松原隆彦

高能加速器研究机构、基本粒子原子核研究所教授。京都大学理学部毕业。广岛大学博士。曾任职于东京大学、约翰霍普金斯大学、名古屋大学等。主要研究宇宙论。获得日本天文学会第 17 届林忠四郎奖。著有《现代宇宙论》《宇宙有外侧吗》《宇宙的诞生与终结》《为什么宇宙刚刚好——创造这个世界的奇迹参数 22》等多部作品。

深泽伊吹

1996 年出生。京都大学工学部毕业，京都大学博士。关于科学和学习方法的文章《别人选右我选左》深受中学生的喜爱，月度浏览量达到 30 万次。擅长将晦涩难懂的知识点通俗易懂地讲解出来。

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可能很多人都觉得相对论是一个非常晦涩难懂的理论，因为提出这一理论的是被称为天才的伟大科学家爱因斯坦。因为相对论颠覆了人类一直以来对时间和空间概念的认知，如果被常识所束缚肯定会感到难以理解。但实际上相对论的基本思考方法是非常简单的。只不过要想理解相对论，必须暂时舍弃直觉上认为理所当然的常识。只要能做到这一点，每个人都能理解 

相对论的基本理论。

本书采用中学就学过的非常简单的数学知识，再配以通俗易懂的插图，对相对论进行解说。首先从一直以来人类对时间和空间的理解开始进行说明，然后依次说明为什么需要相对论。相对论分为狭义相对论和广义相对论。狭义相对论只需要简单的数学知识就能够在一定程度上理解具体的计算内容，从而走进时间和空间随立场的变化而变化的神奇世界。而广义相对论则是狭义相对 

论的进化，使我们可以通过时间和空间的性质对引力这个本质的力量进行说明。 

全世界无数次的实验结果已经证明了狭义相对论的准确性，事实上，我们生活中许多便利的技术都与狭义相对论有着很深的联系。而广义相对论则是为了理解宇宙之中发生的现象而不可或缺的理论。爱因斯坦通过广义相对论预言了黑洞和引力波等现象，而人类也确实在实际的宇宙空间中观测到了这些现象，由此证明了广义相对论也是正确的。 

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书籍介绍

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