 如果人类贸然寻找外星生命， 会带来怎样的后果？  黑暗森林 《三体》这本书提醒我们， 结果可能是毁灭性的。  宇宙就是一座黑暗森林， 每个文明都是带枪的猎人， 他必须小心， 因为林中到处都有与他一样潜行的猎人， 如果他发现了别的生命， 能做的只有一件事： 开枪消灭。 看过《三体》的人， 多半都被黑暗森林法则震撼过。 这个“黑！太TM黑了！”的法则， 是从两条基本公理和两个重要概念推导出来的。 两条基本公理： 1、生存是文明的第一需要。 2、文明不断增长和扩张,但宇宙中的物质总量保持不变。  两条重要概念： 1、猜疑链：双方无法判断对方是否为善意文明。 2、技术爆炸：弱小的文明很可能在短时间内超越强大的文明。  光是看到这些公理和概念， 是不是感觉黑暗森林法则并非危言耸听， 而是有逻辑的必然性内种味道了。 不论黑暗森林法则是否正确， 但从公理和概念推导科幻小说宇宙观的思路， 真的是宏大而且硬派，  这种作风帮助大刘拿到了《雨果奖》， 让《三体》入选“新中国70年70部长篇小说典藏”。  不证自明 简单，会生长出极度复杂。 想想单体智慧极低的蚂蚁， 在简单的规则下呈现出群体智慧。 想想一颗受精卵， 变成会看手机的人。  简单原理，可以延伸出复杂世界。 这些原理看起来往往是“不证自明”的。 我们称为公理。 所有的延伸都是基于这些公理进行。  比如欧几里得几何公理一： 等于同量的量彼此相等， 也就是如果A=B,C=B 那么A=C。 是不是像废话一样？ 但感觉上“不证自明”的原理，有时是错误的。 比如：三角形三个内角和等于180°。 看起来无懈可击对不对？ 其实不对。 这句话必须加一个前提：在平面中。 如果是在曲面上，“三角形”的三个内角和就不一定是180°。 比如在地球上， 经过赤道和两条相距90°的经线， 绘制出的“三角形”内角和就是270°。
光速不变 接下来，进入今天的主题： 爱因斯坦的狭义相对论， 也是基于两条基本原理： 1、狭义相对性原理 一切物理定律在所有惯性参考系中都是等价的。 2、光速不变原理 真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 什么是惯性参考系？ 可以理解为静止或匀速直线运动的参考系。 为什么光速不变？ 这是爱因斯坦提出的假设， 是相对论的基石。 光速不变， 是爱因斯坦宇宙观中最重要的常数， 是宇宙的法则， 也是狭义相对论中最反常识的部分。 要理解狭义相对论， 必须接受光速不变原理。 光速数值是299,792,458 米/秒， 约为30万公里/秒。 请注意， 光速不变原理不仅是说30万公里/秒这个数字不变， 更重要的是： 这个数字和光源运动状态无关， 与观察者状态（惯性参考系）也无关。 举个例子， 你在一辆速度极快的车里， 往前扔一个球， 这个球相对于地面的速度就是车速+扔球初速度。 假如你是在静止的车上， 以同样的力量扔球， 这个球相对于地面的速度就是扔球初速度。
大家应该都做过类似的物理题。 最终球的落点会有所不同。
但是，在同样速度极快的车上， 打开一个手电筒， 光速仍然是30万公里/秒， 不会叠加上车速。 和你在静止的车上打开手电筒， 速度是一样的。 假设我们能够测出某时刻该束光为位置， 会发现两束光到达了同样的位置。
光速不变这个奇怪的事情已经被多次证实， 还未找到反例。 狭义相对论 我们接受了光速不变这个新原理， 那稍加推导就会出现有悖常识的奇怪理论。 假设在一架绕地球高速运动的飞船上， 安装了一个从下往上发射光子的“光子钟”。 在地面上， 也安装了同样的设备。 当光子从底板出发， 到达顶板又反弹回来， 飞船上的光子相对于地面， 走过了更长的路程。
刚才我们说了， 惯性参考系中光速不变， 那为什么在“同样的时间”里， 速度不变的光能划过更长的空间呢？ 必然是某个从前“不证自明”的事情出了问题， 爱因斯坦指出这个出问题的地方就是：时空不变。 在我们的生活范围内， 我们从来没有见过时空的变化。 正是“不识庐山真面目，只缘身在此山中。” 金鱼不知道它住在3楼还是5楼， 蚂蚁不知道它生活在上海还是北京。 因此，提出时空在变化， 简直就是逆天的思维。 再看一次这个问题： 惯性参考系中光速不变， 那为什么“同样的时间”里， 速度不变的光能划过更长的空间呢？ 答案是： 根本不存在“同样的时间”， 飞船上的时间， 相对于地面而言， 变慢了。 这就是时间的膨胀效应， 这个效应在我们身边就有应用， 这个应用就在放你桌子上， 揣在你的裤兜里——手机GPS。 GPS卫星以14000km/h的速度绕地球飞行， 速度极快，会造成时间相对于地球变慢， 每天大约会比地球时间慢7微秒。 GPS需要修正由于相对论造成的时间差， 才能做到真正的精确。 （这里只提了狭义相对论， 实际修正还要考虑广义相对论） 除了时间膨胀之外， 进一步推导， 狭义相对论还指出了长度收缩、质速关系、质能关系等效应， 成为现代物理理论的基础之一。 只关事实 那我们普通人了解相对论有什么用呢？ 我们总是听说爱因斯坦小时候很笨，说话很晚， 其实……爱因斯坦小时候说话确实很晚， 但一点都不笨。 他的成绩非常好， 数学基本上都考1分！ 当时德国实行6分制， 1分是最高分。 而且爱因斯坦是一个涉猎极广的读书人， 哲学和文学类的书籍也看了非常多， 甚至在13岁时就读了康德的《纯粹理性批判》。 哲学究竟的思维帮助了爱因斯坦的科学研究； 爱因斯坦的科学成果， 同样可以对我们普通人的生活有所启发。 对我而言，有以下几点： 1、司空见惯的，不一定就是对的。 直观感受如“时空不变”，竟然是错误的。 2、复杂现象背后总能找到简单原因。 费解如狭义相对论，竟然只有2条基本原理。 3、万事无常，凡事相对。 飞船相对于我的速度快，时间变慢， 从飞船的角度看， 我相对飞船又何尝不是速度快呢？ 在一次采访中， 有人问罗素：您想对一千年后的人类说什么？ 罗素说，有关智慧，我想对他们说的是： “不管你是在研究什么事物， 还是在思考任何观点， 只问你自己，事实是什么， 以及这些事实所证实的真理是什么。 永远不要让自己被自己所更愿意相信的， 或者认为相信了， 会对社会更加有益的东西所影响。 只是单单去审视，什么才是事实。” 黑皮笔记是一个做PPT讲优质内容的栏目。 这是第10期，PPT源文件已打包。 |
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