第4章 4. 英語LV3：專家級別
這本書是20世紀偉大的物理學家霍金寫的，一本科普性質的著作，深入淺出，主要講述了整個物理學的進程，現在物理學所到達的頂點以及未來要研究的方向。
最開始，人們認為世界是馱在一隻巨大烏龜背上的平板，世界萬物都是圍繞地球轉動。
公元前340年，希臘哲學家亞里士多德認為地球是一個圓球，不是一塊平板。亞里士多德認為地球是不動的，太陽、月亮、行星和恆星都以圓周為軌道圍繞着地球公轉。
1514年，波蘭教士尼古拉哥白尼提出了一個更簡單的模型。他的觀念是，太陽靜止地位於中心，而地球和行星們圍繞着太陽作圓周運動。
約翰斯開普勒修正了哥白尼理論，提出行星不是沿着圓周，而是沿着橢圓運動。
1687年，艾薩克牛頓爵士出版了他的《自然哲學的數學原理》，提出物體如何在空間和時間中運動的理論，並且發展了為分析這些運動所需的複雜的數學。此外，牛頓還提出了萬有引力定律。
1781年，哲學家伊曼努爾康德發表了里程碑般的，也是非常晦澀難懂的著作純粹理性批判。在這本書中，他深入地考察了關於宇宙在時間上是否有開端、在空間上是否有限的問題。
1929年，埃德溫哈勃作出了一個裏程碑式的觀測，即不管你往哪個方向觀測，遠處的星系都正急速地飛離我們而去。換言之，宇宙正在膨脹。
亞里士多德和牛頓都相信絕對時間。也就是說，他們相信人們可以毫不含糊地測量兩個事件之間的時間間隔，只要用好的鐘，不管誰去測量，這個時間都是一樣的。
1865年，麥克斯韋理論預言，射電波或光波應以某一固定的速度行進。如果假定光以固定的速度行進，人們就必須說清這固定的速度是相對於何物來測量的。
麥克斯韋方程組推倒出，慣性參考系中，光以固定的速度前進，相對於任何物質，都是這個速度，並被米高遜-莫雷實驗證實。
比如說，一束光朝你射過來，你無論朝哪個方向移動，以多大的速度移動，你測出的這束光的速度都是不變的，這就有點像是靈異事件了。
因為，在牛頓的物理學定理中，一輛火車向你開過來，速度是100ms，假如你坐在一輛汽車上，速度是50ms，那麼你和火車之間的速度是150ms。
可是，一但上升到光速級別，就不是這麼回事了。一束光以速度c發射過來，而你同時以0.1c的速度迎着光奔跑，但你相對於光的速度仍然是c，而不是1.1c。這裏，c=30萬公里s。
世界上有質量的物體的速度不可能超過光速，因為速度越大，它的質量就越大。而當它接近於光速的時候，它的質量趨於無窮大，需要花費無限大的能量，才能夠給它提供加速度。無限大的能量顯然是不存在的。
光這種物質本身就很特殊，從產生到發射，中間不需要時間來加速，它一出來就是每秒30萬公里。而有質量的物體是需要經過加速的。比如，汽車從開始加速到100公里小時，是有一個過程的。
楊晨看到這裏時，覺得這些理論徹底顛覆了他的想像，與過去理解的物理學很不一樣。難怪，有很多物理學家晚年都相信神學，是什麼導致這種現象產生，很多人相信這是上帝的安排。
牛頓認為上帝是存在的，萬有引力就是上帝創造的天體運行規則。上帝在創造萬物的時候，也給萬物制定了運行規則，而萬有引力就是上帝創造的規則。當上帝創造了萬物及萬物的運行規則以後，他就不管了，他不會進行人為的干預。這就像一個鐘錶師創造了一個鐘錶以後，他就任隨鐘錶自己運動下去一樣。
人是怎麼來的？以前解釋不清楚，於是中國古代的說法是女媧製造出來的，這本質上是一種神學。
世間萬物，日月星辰，為什麼會按照一定的規律運動，這“最初的一擊”是從何而來的？沿着這個思路推理下去，最終牛頓把這個“最初的一擊”歸結為上帝。牛頓也就從科學家走到了神學家。
以前老師講過，說是牛頓認為是上帝早上起來踢了一腳，於是日月星辰就這樣運動了。
為什麼光速是不變的？愛因斯坦給出的解釋是，因為時間變了，時間也是相對的。你在一艘以0.1c的速度行駛的宇宙飛船上，測試一速發射過來的光，因為宇宙飛船上的時間變慢了，所以測試出來的光速仍然是c。
愛因斯坦的相對論，包括狹義相對論和廣義相對論，深刻的揭示了時間和空間的關係。
每個人的時間是不一樣的，如果你身上有個鐘，我身上有個鐘，早上我們把鍾對好，晚上回來，就會發現時間不一樣。由於速度太小，這種差異性體現不出來。
而一旦上升到光速，差異性就會體現出來了。
天上的衛星圍繞地球高速運動，根據狹義相對論，它上面的時間比地面上的時間要慢，因為高速運動的物體上的時間要變慢。
而根據廣義相對論，天上的衛星因為離地面更遠，受到的萬有引力更小，所以時間比地面快。這一慢一塊的差別，就是衛星上的時間跟地球上的時間的差距。這個差距會影響GPS定位精度，需要調節衛星上的時間來保持衛星和地面的時間一致。
上面的這些內容，是楊晨閱讀《時間簡史》經過思考，以及根據愛因斯坦相對論推導過程得出的，有點困惑，他還要花些時間來消化。
相對論在最初開始提出的時候，據說世界上沒幾個人能懂。愛因斯坦獲得諾貝爾物理學獎，是因為他提出的光電效應，而不是因為相對論。從影響上來說，相對論的提出要比光電效應偉大成千上萬倍，是大象和螞蟻的區別。