聊聊狭义相对论-第24章
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没有办法，三维的那个小伙子也被关进了天牢中。这个监狱就是我们平时熟悉的啦，走进一间房，六面都是墙！世界没有后悔的药呀！
类比一下，跟前面的剧情一样。每一个高一维的人类都会觉得比他低一维的囚徒可笑，因为他们比其少知道一个维度。
根据类比的思想，我们可以知道，在四维空间的人类除了长宽高，应该还知道另外一个维度！而他就可以在那个维度上将三维的小伙子就出来！
那个维度是什么呢？你来想一想！
再来看一个正方体的例子。
一天，三维世界的一个数学家为了研究某个问题。他做了一个正方体，并把它投影到一张纸面上。住在纸面上的人们看到他们的世界突然出现一个奇怪的事物，一时间丈二和尚摸不着头脑。
如图，二维的居民看到了一个正方形，里面又套着一个正方形，然后八个顶点又被对应联结了起来。还好，二维世界有一个相当聪明的数学家，他看了之后，说道：“这是三维的一个正方体投影到我们世界的影象。”然后，他向大家解释起三维正方体的一些性质来。
“看到了吗？正方体应该有12条边，你们数一下。然后，它应该有8个顶点，是吧？在三维世界里，物体可以由我们的面围起来，组成一个所谓的‘体’。很难想象是吧？因为我们是二维世界的生物！而正方体有多少个面呢？你们注意看一下，先是一个大的正方形，这是一个面；之后一个小的正方形，又一个面；再看两个正方形之间的地方，又有四个面，是吗？所以，加起来，正方体总共应该有6个面！”数学家耐心的说道。
上面就是二维的人们推测三维正方体的思维过程。
假设有一天，三维世界的人们也发现了一个四维的“超正方体”在他们世界的投影。那会是怎样的呢？
与上面的例子类比。
如图，一个大的正方体里面套有一个小的正方体，然后对应的顶点也被联结了起来。是的，这应该就是一个“超正方体”在三维空间的投影影象。
也依据二维数学家的思路，我们来粗略看看“超正方体”的一些性质。
先数一下边的条数。一个正方体就有12条边，两个就24条。再加上那些联结顶点的边，一共是32条边，或者说是32条棱！
顶点呢？8个顶点再加8个，总共是16个顶点！
来，再来看看面的个数。两个正方体，一个6个面，所以已经有12个面了。再看那些联结处，好象是六个棱台放到一起，数一下那些还没有数的面，一共是12个！所以，“超正方体”应该有24个面！
总结一下，“超正方体”有32条棱，16个顶点，24个面！厉害吧？
你能够想象这样一个“超正方体”吗？
我们已经看了两个例子，相信你也可以初步地感受了一下四维空间的神奇，也领略到了类比方法的威力。如果你对四维空间，或者更高维的空间充满了好奇，充满了向往的话，不妨继续采用类比的方法，进一步了解四维空间或者更高维的空间。
其实呀，要是我们真的掌握了在第四个维度上移动的方法，那么我们就可以神不知鬼不觉地救走监狱里的囚徒，或者轻易地偷走银行里的资金……说不定那时候，又会多一种警察——专门打击在第四维度干坏事的警察。呵呵。
不是说我们是生活在四维的时空里面的吗？那么照理说，我们就是四维的人类呀！那我们不是天生就具有劫狱的能力了吗？可是，为什么我们却没有发现呢？
是的，我们确实生活在四维的时空！第四个维度就是——时间！
然而，在时间那一个维度上，现在还没有我们说话的权利！你看，人的一生，只能从一个婴儿开始，最后走向坟墓！有谁可以反过来，或者说是半路就折回来而返老还童呢？是的，我们只能被迫不断向前走，我们还从来无法抗拒时间的驱使！（这涉及到一个时间箭头的问题，就是时间到底有没有方向，可不可以反过来的问题。这也是一个相当有趣的问题，读者不妨去了解一下。）
所以，我们到现在都还没有掌握在第四维度——时间上自由走动的方法！要是真的实现了，那就成为时间旅行了！呵呵！你在2007年把他关进了监狱，那我带他在时间维度上走动一下，去到2000年，那时候你的监狱都还没有建成，这样我就成功带他逃离监狱啦！
再来看“超正方体”。二维的正方形沿着z轴方向移动一段距离，就会成为我们的正方体！同样道理，我们的正方体在时间维度上移动一段日子，也就成为“超正方体”了！
看一下，正方体从2006年出发，随着时间的推移，来到了2007年。它的轨迹就是“超正方体”！我们来看一下，从这个角度出发，算得的点、棱、面的个数是多少。出发处（也就是2006年的那个时刻）有8个顶点，终点处（2007年的那个时刻）又有8个顶点，所以一共是16个顶点！棱呢？出发处有12条，终点处又有12条，移动过程中，每个顶点又“划”出一条棱，所以最后是12＋12＋8=32条！对于面，出发时6个，到达时6个，中途每条棱又“划”成一个面，所以是6＋6＋12=24个！
跟前面得到的数据一模一样！
是的，第四维就是时间！
从这个角度出发，你可以更加容易理解四维世界！你1岁时，拍一张三维的照片；2岁时再拍一张；之后每一岁都拍一张，一直到现在。然后，把这些照片按时间顺序排列起来，就有点四维世界的味道了！
通过这些讨论，也许你会对四维时空有了更深一点的认识。
但是，时间旅行依旧还没有实现。而关于一些时间旅行的理论上可行的方法，那涉及到广义相对论的问题，在这里就不越俎代庖了，就此打住吧。
好，关于狭义相对论的一些怪异的结论，我就说到这里。
现在，让我们回头来看一下，我们一路风雨兼程地走来，究竟翻过了多少崇山峻岭，渡过了多少艰难险阻。我们的理论结构是怎样的呢？
回首一瞥，这一路确实不容易呀！
我们从两条原理——狭义相对性原理和光速不变原理出发，先是通过数学推导出洛伦兹变换式，并且还对它进行了一些讨论。接着，把洛伦兹变换式作为新的起点，先说了狭义相对论时空观的问题，包括同时性的相对性呀、时间膨胀呀、长度收缩呀，还有新的速度变换式。然后我们又了解狭义相对论力学的相关内容，质速关系式是我们的第一站，之后在此基础上讨论了相对论力学的基本方程，然后来到那条扬名四海的E=mc2公式，再是更加普遍的E2=m02c4＋p2c2，并且还对它进行了讨论，得到了光子的预言。最后，我们领略了有关因果律和闵可夫斯基四维时空的问题。
想一下，这一切都是从那两条简洁的原理中孕育，并“生长”起来的。把这种结构比喻成一个倒金字塔就再合适不过了。
从一点出发，逐步演绎出整一个逻辑体系。
源于欧几里得，成就爱因斯坦。
源于几何学，成就相对论。
这样一来，我们可以用一个图表来总结这个“倒金字塔式”的理论结构。
（请看图片）
这就大体是我们的理论结构了。
不过，我们的冒险旅程可还没有结束，还有挺长的路呢！大家打起精神，接着往下走！
为了帮助大家复习一下狭义相对论的奇谈怪论，接下来将带大家来到爱因斯坦大球场去观看一场相对论世界的足球赛。请注意，这里所有的规则都源于狭义相对论，而不是经典力学，也不是广义相对论，更不是量子力学……
好，已经买好门票了，进去吧……
我们先来看看对阵双方的11人大名单。
经典物理学明星队（4321阵形）：
前锋：25牛顿（队长）
前腰：14第谷 27开普勒
中场：17布鲁诺 19哥白尼 14惠更斯
后卫：15伽利略 13麦克斯韦 31笛卡儿 20玻尔兹曼
门将：18胡克
20世纪物理学明星队（442阵形）：
前锋：14爱因斯坦（队长） 23普朗克
中场：13洛伦兹 29庞加莱 12薛定谔 5海森堡
后卫：8霍金 15德布罗意 19麦克尔孙 28王淦昌
门将：7玻尔
（以上球衣号码均取自各物理学家的出生日期，如爱因斯坦生于1879年3月14日，所以取为14号。唯一例外的是，由于没有布鲁诺的生日，只好选择了他的忌日。而惠更斯的和第谷的出现重复，不过在这里不要紧吧。）
我们来评价一下双方的阵容。
首先是经典物理学明星队。牛顿作为经典物理学教皇级人物，恐怕没有人敢表示异议，所以作为队长是实至名归，毋庸置疑。而一位如此厉害的强人担当前锋职位，确实令该队极具杀伤力。而第谷和开普勒师生搭配担任前腰，肯定会为我们带来精彩绝伦的配合。中场由“地心说”门派掌柜和波动师祖看守，绝对不可忽视。经典物理学明星队的后卫可谓人才济济，雍容华贵。伽利略，近代科学之父，光是名称就已威震八方，看你还怎么进攻射门！麦克斯韦，上帝诗篇的缔造者，人们永远不会忘记他曾经那四脚诗歌般的方程式解围！笛卡儿，脚踏物理学和数学两个王国的土地！玻尔兹曼，热力学中熵公式的发现者，具有极好的防守能力。而门将胡克，曾经担任皇家学会会长，双手灵巧敏捷，制造了很多器械，包括显微镜，这样的巧手天才把守大门，相信是滴水不漏！
再来看看20世纪物理学明星队。这支队伍天才的球员极多，本次出征主要挑选了状态较佳的队员前来，不用看别的，光是去瞧瞧替补席，就足以让你大跌眼镜！队长爱因斯坦与量子鼻祖普朗克携手出击，20实际两大物理支柱的掌门人联袂演绎，没有理由不杀个天崩地裂，试问有谁能挡？洛伦兹和庞加莱虽然思想不太跟得上队长的步伐，但就算不是“革命派”，也归于“维新派”吧，人们不会忘记曾经他们距离登顶只有一步之遥，相信今朝可以一洗前辱，成就神话。而中场另有量子力学的两大精英薛定谔和海森堡坐镇，一个是波动方程的书写者，一个是矩阵力学的开拓者，势必会上演一场绿茵好戏。而后卫阵容一样毫无逊色，霍金，伤愈复出，人们绝对不会忘记他的黑洞防守，来者皆破，一夫当关，万夫莫开呀！德布罗意，天才少年，曾经受到爱因斯坦的嘉奖，小小年纪早已闯出一片天地，别具一格的波粒二象性防守，是人都吃不消！麦克尔孙，洒下了当年那场摧枯拉朽的革命的种子，不折不扣的破坏者，特别令经典物理学的队员头疼！王淦昌，来自东方的核物理学家，反∑超子的发现者，在前面的旅途中也被提过，近来状态极佳。（作为一篇用中文写成的文章，作为一个中国的作者，执意要让一个龙的传人在这样一个大舞台亮相，恐怕不算过分吧？也希望若干年后，真的有一位同胞成为这样一支队伍的队长！）玻尔，量子力学的教父，哥本哈根的领袖，从小喜欢足球，一直担任门将的角色，肯定不会让我们失望！
双方队员在球童的陪伴下，徐徐进入球场
