這是物理學(xué)家李淼寫(xiě)給孩子的關(guān)于相對(duì)論的普及讀物。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論是科學(xué)史上的瑰寶，它推動(dòng)了20世紀(jì)的科技革命，給我們的世界帶來(lái)了翻天覆地的變化。它改變了我們對(duì)時(shí)間、空間、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)等的認(rèn)知，它一系列夢(mèng)幻般的預(yù)言一一應(yīng)驗(yàn)，包括近年來(lái)被探測(cè)到的引力波。在本書(shū)中，淼叔從這一舉世矚目的事件講起，將引力、時(shí)空、光速等不易理解的概念，用故事的方式講給孩子。書(shū)中也有大量精彩插圖，配合各種有趣的思想實(shí)驗(yàn)，帶孩子了解這一對(duì)現(xiàn)代物理影響巨大的領(lǐng)域。
大物理學(xué)家、暢銷(xiāo)科普作家李淼教授“給孩子的物理學(xué)”系列第三本，帶孩子了解科學(xué)史上的瑰寶、愛(ài)因斯坦的偉大理論——相對(duì)論。他以舉止矚目的引力波探測(cè)事件切入，巧妙地用科學(xué)家的故事、有趣的思想實(shí)驗(yàn)，將這一對(duì)大學(xué)生來(lái)說(shuō)都稱得上艱深的主題講給孩子，讓他們了解這一人類(lèi)文明的至高成就。
2017年10 月3 日，2017 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)塵埃落定。它被頒給了美國(guó)物理學(xué)家雷納·韋斯、基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他們領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)激光干涉儀引力波天文臺(tái)（簡(jiǎn)稱LIGO），進(jìn)而首次直接探測(cè)到引力波的偉大成就。
事實(shí)上，愛(ài)因斯坦于1915 年就提出了廣義相對(duì)論；這是他一生中提出的最偉大的理論，我在后面會(huì)詳細(xì)為你介紹。僅僅在一年之后，也就是1916年，他就用這個(gè)理論預(yù)言了引力波的存在。但直到整整100 年后，也就是2016 年，人們才能真正地探測(cè)到它。你看，是不是很奇怪？眾所周知，20 世紀(jì)科技發(fā)展日新月異。那為什么要花整整100 年，才能揭開(kāi)引力波的神秘面紗？這節(jié)課，我就來(lái)為你解答其中的奧秘。
首先，我來(lái)講講什么是引力波。讓我們做個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。想象一個(gè)很大的池塘，里面有非常平靜的水面。如果往這個(gè)池塘里扔一顆小石子，原本平靜的水面立刻會(huì)泛起波紋，或者說(shuō)漣漪。這些漣漪會(huì)一圈圈地向外擴(kuò)散，從而讓整個(gè)池塘的水面都隨之波動(dòng)。如果原來(lái)的水面上還漂浮著一艘小木船，那它就會(huì)隨水波而上下起伏。
現(xiàn)在，我們把這個(gè)池塘的水面想象成時(shí)空本身，也就是時(shí)間和空間的總稱。廣義相對(duì)論認(rèn)為，有質(zhì)量的物體可以讓時(shí)空本身發(fā)生彎曲。而當(dāng)有質(zhì)量的物體發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，它就可以像那顆小石子一樣，讓時(shí)空本身也泛起漣漪。這些漣漪同樣會(huì)向外傳播，從而讓遠(yuǎn)方的物體也隨之起伏。這種時(shí)空的漣漪就是引力波。
那要是引力波傳到地球，會(huì)造成什么影響呢？答案是，它會(huì)使與其傳播方向垂直的空間發(fā)生周期性的形變。換句話說(shuō)，當(dāng)引力波經(jīng)過(guò)的時(shí)候，與之垂直的空間會(huì)不斷地收縮或擴(kuò)張：橫向收縮，縱向就擴(kuò)張；橫向擴(kuò)張，縱向就收縮。由于空間本身在形變，置身于其中的物體自然也會(huì)跟著形變。也就是說(shuō)，當(dāng)引力波傳來(lái)的時(shí)候，小到一把尺子，大到整個(gè)地球，都會(huì)發(fā)生周期性的伸縮。
可能有些小朋友會(huì)擔(dān)心：“要是引力波傳來(lái)的時(shí)候，把我們拉壞了該怎么辦？”其實(shí)完全沒(méi)有擔(dān)心的必要。這是因?yàn)橐Σㄊ刮矬w發(fā)生形變的比例特別小。到底小到什么地步呢？大概只有十萬(wàn)億億分之一。打個(gè)比方：如果你的尺子長(zhǎng)達(dá)1000 千米，也就是從北京到上海的直線距離，那引力波大概能使它變動(dòng)一千萬(wàn)億分之一米，相當(dāng)于一個(gè)原子核的直徑。如果你的尺子長(zhǎng)達(dá)10 萬(wàn)光年，也就是我們銀河系的直徑長(zhǎng)度，那引力波大概能使它變動(dòng)1 米。
其實(shí)，這正是科學(xué)家要花整整100 年才能探測(cè)到引力波的原因：因?yàn)樗鼘?shí)在太微弱、太難測(cè)了。事實(shí)上，就連愛(ài)因斯坦本人都不相信人類(lèi)能測(cè)到引力波。更夸張的是，他甚至一度想要否定引力波的存在。下面，我就來(lái)講講這段有趣的往事。
