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好 下面我们看看这个“相对论”这个理论

它对宇宙的认识--

包括“时间”、“空间”之间的关系、

“能量”、“物质”之间的关系，

那么 大家想一想

“相对论理论”里面 有‘四大著名公式’

是什么呢？

包括“时间、空间、质量、能量”

它（们）的关系。

首先 第一个公式--

就是“时间延缓效应”公式，

就是这个公式 我们看看这里Δt--

物体运动的时间

等于这个静止时间 Δt0

除上一个根号--1减

运动速度(v) 除以光速(c)的括弧平方。

从这个公式 我们可以预言到:

时间 会随着 运动的速度(v) 有延缓效应

(等会儿我们再看 啊)。

还有一个“长度收缩效应”公式--

(这都是爱因斯坦的 比较著名的公式)

运动的尺寸(l) 跟静止尺寸l0 之间

有一个根号

1减v 除以c的平方 的关系。

我们看看 随着速度越大，

那么 运动的尺寸 会越来越小，

那么 会有缩小的效应。

假若 这个速度 等于光速的话，

那么 尺寸就没有了 变成0了--

消失了的感觉 啊！

还有一个 这个质量(m) 也有这样的一个

叫“质速(m-v)关系”--

运动质量(m) 等于 静止质量 m0 除以根号

1减v 除以c平方，

我们看看

随着速度的增加，

质量(m) 会不断地增加，

分母越来越小，

假若 速度(v) 等于光速(c)的话，

物质的质量(m)达到无穷大了！

还有 我们大家都了解的“质(m)-能(E)关系”--

也即是 E(能量) 等于 mc平方，

这个公式 也非常了不起!

它 实际上 再一次提高了人们对

物质的认识，

它这个质量 事实上 蕴含着能量，

它两个之间在一定条件下

是可以互相转换的。

我们可以想象：

假若我们在一个飞船上 和地面上

同时 对一个石英钟，

然后 我们看看

飞船上 它因为速度很快，

它的这个时钟呢 记的时间就会变短，

我们地面观察到的这个飞船上，

它的时间 我们计的

同时计的时间 就会长，

这是我们从第一个公式 得到的结论，

第二个公式 就是我们 运动尺寸

在它运动的长度方向上 会缩短，

第三个 就是我们的运动质量--

“质-速关系”，

我们刚才说了

如果 速度达到光速的话，

分母是0--

质量是无穷大！

但是质量不可以无穷大的话，

反推过来，

就是 要求我们的 运动物质的速度

不能等于光速！

也就是说：我们人类的物质界的速度极限

就是光速！

不能超过光速！

对于光子来说,

(光子是光的速度)

因此呢 光子 反推下来，

光子的静止质量 是没有的--

是为0的，

没有静止质量，

只有运动的时候 才会有质量，

这是这个 从“质速关系”里面 推到的两个结论。

那么 第四个这个“质-能关系”，

刚才说了 它 描述 质量和能量之间的

等效关系，

达到一定的程度，

我们的物质蕴藏了巨大能量--

可以变成mc平方那么大！

从相对论的推论呢--

这个图片 就是我们刚才看到的

从地球上发一个飞船、

速度不要超过光速 或者等于光速，

再回到地球上，

那么 我们不同的参照系 看到的“时间、质量、尺寸”

它们之间 有刚才那(些)个几大关系。

那么 从相对论 这个观点 我们来看看，

其实 把我们整个宇宙--

包括“人类、天、地”之间呢 把它划成几个世界，

在划成几个世界之前 我们认识一下光速--

光速 大家知道 每秒30万公里--

这是指这个真空里面的光速了，

它跟电的速度是一样的。

那么刚才看 爱因斯坦的‘质-速关系’推论：

我们人类物质界的临界速度--

最高速度极限！等于光速了

就不可以了！

物质尺寸就没了，

甚至消失的感觉！

那么 光速 每秒30万公里 大概是个什么概念呢？

就是我们伟大领袖毛主席说过：

“坐地日行8万里！”

也就是 地球的周长是 4万公里，

那么 每秒 30万公里--

这个光速呢 也就是

在1秒里面 能绕地球7圈半！

那么在 天文学里面 还经常用到一个单位 叫“光年”--

就是我们说的

就是算下来 9.5万亿公里；

还有一个 叫“天文单位”--

天文单位

1光年呢 就是 63240个天文单位；

还有个“秒差距”的概念--

1光年 大概是 0.307个秒差距。

这么一些 基本的天文单位，

大家要知道一下。

那么 以光为‘临界’，

我们来看看 光速 为临界，

其实 我们整个宇宙世界呢

可以划分为“牛顿世界”--

就是我们说的 我们物质的运动速度远低于光速！

然后再到 接近光速的

或者叫“准光速状态”下的

叫“量子世界”，

我们经常看到的 微观世界

就属于量子世界；

那么还有 等于光速呢

我们在这里 把它称为“临界”了!

什么叫'临界'呢？

物质界已经到非物质界的

这么一个过渡的临界！

那么 再大于光速--

什么能够超过光速呢？

那物质 显然不行啦，

我们的意识 是不是可以？！

大家眼睛 一闭

我们的思想 已经跑到月球上了，

或者 飞出银河系了，

我们的意识可以超过光速。

那么 后面我们还会提到 “量子意识”的研究(注: 本部分略去!)

还有 现在 在研究的所谓的

“反物质(anti-matter)” 或者“暗能量(dark energy)”这些

是不是也可以超过光速的这么一个状态？！

也值得大家思考...

我们再看看 相对论预言的一种叫“黑洞”

还有“时光扭曲、时光倒流”、

“空间漏斗”...这些现象

大家要知道一点:

根据“广义相对论”呢

‘引力场’会使时间弯曲、空间弯曲，

那么牛顿世界 我们知道

它是个绝对的--时间是均匀流失的、

空间是均匀分布的，

在相对论里面 认为：

引力场 会造成时空弯曲，

当恒星的体积很大的时候，

引力场对时空 没有多大影响，

但是从恒星表面上 某一点发出的光

可以朝着任何方向、沿着直线射出去；

当恒星的半径非常小、

密度很高的时候，

周围的时空弯曲作用呢 就非常大！

如果朝某个角度发的的光

会沿着弯曲的空间 返回到恒星表面--

那么这就是说 它射不出来光了，

形成一种 所谓的‘黑洞’的概念。

那么 霍金在《黑洞与时间弯曲》这本书里面，

提到这个黑洞呢

是一颗 至少比太阳大十倍 的这样的恒星，

太阳的质量是多大 大家知道吧？

我们这里 给出一个数量级--

2 乘10的30次方公斤，

相当于 33万个地球质量，

大家知道 我们太阳有多大！

那么 黑洞呢 至少是10倍以上的太阳大的恒星。

因为 它的质量非常大、

(还有寿命)

甚至把 照射到的光线 都逃逸不掉！

所以呢 光都出不来，

那么就成了一种黑洞 人类无法观察到。

当然 在这个‘黑洞的命名呢 是1969年 正式的--

叫 “Black Hole”。

2007年1月 美国天体研究中心

首次报道 发现了黑洞的‘视界’--

也就是黑洞的边缘，

我们看看这个图片，

黑洞它 总有范围。

那么我们看看 另外的图片--

这个中间 这个 像个漏斗一样的，

也是一个叫“宇宙漏斗”的概念，

那么因为黑洞呢 它的主体质量非常大、

体积小、产生强大的引力 使得时空扭曲，

看着 像个漏斗一样的。

那么 基于这个宇宙漏斗的概念呢

我们可以设想：

我们是不是可以 做一个“时空穿梭机”，

我们从这个漏斗的一方 直接 到另外一方--

穿越时空的 这种作用。

大家看过电影的话--

就是这个《星际穿越》里面 有“虫洞”的概念，

就是来自于漏斗的预测吧--

我们看 黑洞的照片。

现在 有科学家说这个：黑洞啊

可能是 通往其他宇宙的通道，

我们这个宇宙 可能是 不是我们这一个宇宙啦

可能有“平行宇宙”或者“多重宇宙”的概念，

像我们有些佛教上说 宇宙有“十八重天”、

有“大千世界”，

大千世界怎么来的呢？

也就是“多重宇宙”的概念、

“九重天、十八重天”的概念。

我们的宇宙 可能 维度不光是三维，

可能是十维以上的。

关于黑洞呢 霍金还有些说法：

1974年 他证明了

“只有黑洞 能发出α射线”，

“银河系的中心 也有黑洞，

质量大概是 100亿个太阳质量”！

“黑洞呢 具备暗物质 或者反物质 甚至暗能量

这样的一些特性”。

那么 像这样的暗能量、暗物质呢

大约在宇宙里面 占有90%以上，

所以大家目前 还在探索暗物质、暗能量，

这样的天文研究。

这个欧洲核子中心 通过实验 还证明了时光

可以“倒流”，

反物质 或者暗物质/能量，

它的转化成物质的速度

比我们物质转化为反物质 要快。

所以呢 这样 解释了

“我们宇宙为什么大部分是物质的”

这么一个状态，

我们能够观测到的状态 是物质的，

也对这个“时间不对称”、

还有这个 “宇宙中的物质量

远远超过反物质量”呢 提供了一些部分解释。

好 那么再看看 相对论的另外一个预言--

100年预言到的“引力波”

它是 因为物质对时空的影响--

我们刚才说了 ‘几何弯曲’造成了引力波

(引力波 它的英文呢 叫 Gravitational wave)

那么这是一个 实际上就是

我们叫“地球引力、万有引力”波

我们可能看过《三体》啊、

还有这个《星际穿越》这样的大片，

那里面呢 对引力波呢 大概有点初步的接触。

那么 《三体》里面 描述的“引力波天线”

拯救了人类...

在《星际穿越》里面 还有一个最著名的影评--

写着说：人 我们能够穿越星际的

不止是引力波，还有什么呢？

还有我们'人类的爱'，是吧

其实 爱 也是一种非物质的意识状态啦。

广义相对论，

它的一个论证重点就是

“引力的本质

是时空几何在物质影响下的弯曲”

我们看看

这个引力波 100年前

基于这些论证呢

爱因斯坦 在1916年 提出广义相对论、

预言了一种现象，

我们到现在 刚好是2016年 100年！

它帮助 天文学家理解宇宙

到底如何诞生和演化--

演化出一些星系、恒星、星云 这些。

那么引力波呢 它实际上 描述来看 是宇宙中

蔓延的微小的原始波动。

我们天文学家们 几十年来

一直在搜寻引力波，

直到 我们今年2月份 2月11号--

我们北京时间 是 2月11号晚上 11点半，

美国国家 科学基金会 NSF 召集了

来自加州理工学院、麻省理工学院

和那个LIGO--

就是“激光干涉引力波天文台”

简称为LIGO，

这个天文台是1999年 建成的、

2002年 开始运行，

很多这个世界的科学合作组织，

包括我们中国的--清华大学还有台湾的

1000多名科学家 在这个天文台工作。

那么 在美国这个国家科学基金会--

在华盛顿特区 国家媒体中心 宣布了

“人类首次直接探测到了引力波”--

这个图片 是它的这个发布会的现场。

那么 这个LIGO 做了2台 这样的引力波探测器，

(我们待会儿 看看图片)

这个2台呢 分别位于华盛顿州的汉福德

和这个 路易斯安那州的 列文斯顿，

彼此相距3000公里，

只有2台同时探测到 相同的信号，

才算是有效！

我们看看这个引力波探测器--

这个图片，

这个图片呢 是英文的，

我们把它每一块呢 把它写成中文吧。

我们看到这个 它的原理：

有两个相互垂直的--

叫做“储光臂”，

这是激光--

我们这有个激光源

发射一束激光以后，

一束呢 沿着这个储光臂 到达另外一端--

到达镜面、再反射回来，

另外一束呢 在这个中间这个分光器这儿

分成垂直的一束 到达

另外一个储光臂的一端、再反射回来。

那么 这个储光臂 我们知道是多长呢？

4公里 每一条4公里长！

那么 足够长的这个激光的来回、

然后再 反射回来 在这个地方进行干涉--

相互干涉以后，形成了这些条纹，

干涉里面 如果没有引力波的影响的话，

它的条纹应该是一种状况--

比如说 标准(口误)的干涉条纹；

如果说 有引力波发生，

那么 干涉条纹就出现。

所以 这里有个图像监测器呢 来分析：

是否有引力波的存在，

这就是LIGO 它的基本原理。

其实 观测了好多年，

那么其中 第一次呢 人们说观测到了 没有被证实，

那么后来 终于 有一次被证实，

的确是引力波造成的！

那么我们看看 当时观测的 就是这两颗黑洞--

两个黑洞合并过程中产生的这种时光扭曲，

产生的引力波，

还有这个脉冲星，

进行计算机模拟的

脉冲星双星系统 产生的时空涟漪，

大家可以看一看 这个图片。

好 那么关于这一部分 我们就讲到这里。