给孩子讲相对论

大物理学家、畅销科普作家李淼教授“给孩子的物理学”系列第三本，带孩子了解科学史上的瑰宝、爱因斯坦的伟大理论——相对论。他以举止瞩目的引力波探测事件切入，巧妙地用科学家的故事、有趣的思想实验，将这一对大学生来说都称得上艰深的主题讲给孩子，让他们了解这一人类文明的至高成就。 

这是物理学家李淼写给孩子的关于相对论的普及读物。爱因斯坦的相对论是科学史上的瑰宝，它推动了20世纪的科技革命，给我们的世界带来了翻天覆地的变化。它改变了我们对时间、空间、物质、运动等的认知，它一系列梦幻般的预言一一应验，包括近年来被探测到的引力波。在本书中，淼叔从这一举世瞩目的事件讲起，将引力、时空、光速等不易理解的概念，用故事的方式讲给孩子。书中也有大量精彩插图，配合各种有趣的思想实验，带孩子了解这一对现代物理影响巨大的领域。

李淼，中山大学天文与空间科学研究院院长及筹建人。
1982年毕业于北京大学天体物理专业，1984年获中国科技大学理学硕士学位。1989年赴丹麦哥本哈根大学玻尔研究所学习，1990年获哲学博士学位。1990年起先后在美国加州大学圣塔芭芭拉分校、布朗大学任研究助理教授，1996年在芝加哥大学费米研究所任高级研究助理。1999年回国，任中国科学院理论物理研究所研究员、博士生导师。
身为大物理学家的李淼也活跃于科普领域，他的《给孩子讲量子力学》《给孩子讲宇宙》深受读者欢迎，也获得各大奖项青睐。

第1讲 引力波是怎么探测到的？
第2讲 光速是怎么影响时空的？
第3讲 引力是怎么产生的？
第4讲 相对论都有什么用？

2017年10 月3 日，2017 年诺贝尔物理学奖尘埃落定。它被颁给了美国物理学家雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什，以表彰他们领导建设激光干涉仪引力波天文台（简称LIGO），进而首次直接探测到引力波的伟大成就。
事实上，爱因斯坦于1915 年就提出了广义相对论；这是他一生中提出的最伟大的理论，我在后面会详细为你介绍。仅仅在一年之后，也就是1916年，他就用这个理论预言了引力波的存在。但直到整整100 年后，也就是2016 年，人们才能真正地探测到它。你看，是不是很奇怪？众所周知，20 世纪科技发展日新月异。那为什么要花整整100 年，才能揭开引力波的神秘面纱？这节课，我就来为你解答其中的奥秘。
首先，我来讲讲什么是引力波。让我们做个思想实验。想象一个很大的池塘，里面有非常平静的水面。如果往这个池塘里扔一颗小石子，原本平静的水面立刻会泛起波纹，或者说涟漪。这些涟漪会一圈圈地向外扩散，从而让整个池塘的水面都随之波动。如果原来的水面上还漂浮着一艘小木船，那它就会随水波而上下起伏。
现在，我们把这个池塘的水面想象成时空本身，也就是时间和空间的总称。广义相对论认为，有质量的物体可以让时空本身发生弯曲。而当有质量的物体发生剧烈运动的时候，它就可以像那颗小石子一样，让时空本身也泛起涟漪。这些涟漪同样会向外传播，从而让远方的物体也随之起伏。这种时空的涟漪就是引力波。
那要是引力波传到地球，会造成什么影响呢？答案是，它会使与其传播方向垂直的空间发生周期性的形变。换句话说，当引力波经过的时候，与之垂直的空间会不断地收缩或扩张：横向收缩，纵向就扩张；横向扩张，纵向就收缩。由于空间本身在形变，置身于其中的物体自然也会跟着形变。也就是说，当引力波传来的时候，小到一把尺子，大到整个地球，都会发生周期性的伸缩。
可能有些小朋友会担心：“要是引力波传来的时候，把我们拉坏了该怎么办？”其实完全没有担心的必要。这是因为引力波使物体发生形变的比例特别小。到底小到什么地步呢？大概只有十万亿亿分之一。打个比方：如果你的尺子长达1000 千米，也就是从北京到上海的直线距离，那引力波大概能使它变动一千万亿分之一米，相当于一个原子核的直径。如果你的尺子长达10 万光年，也就是我们银河系的直径长度，那引力波大概能使它变动1 米。
其实，这正是科学家要花整整100 年才能探测到引力波的原因：因为它实在太微弱、太难测了。事实上，就连爱因斯坦本人都不相信人类能测到引力波。更夸张的是，他甚至一度想要否定引力波的存在。下面，我就来讲讲这段有趣的往事。