第九章:星空下的课堂
第一节:不寻常的黄昏
秋分日的黄昏,天空呈现出罕见的渐变色——从地平线的橙红到天顶的靛蓝,中间过渡着紫罗兰和孔雀绿的光带。这不是普通的大气光学现象,松鼠博士用便携光谱仪检测后得出结论:“高层大气中的冰晶和时空曲率的微小扰动共同作用的结果——一种天然的‘引力棱镜’效应。”
观测站前的苔藓地已经聚集了森林里几乎所有居民。老橡树下的木桩讲台被装饰一新:悬挂着用发光苔藓编织的爱因斯坦质能方程“E=mc2”,蜘蛛丝织成的度规张量符号“g_μν”,甚至还有乌龟慢慢用爪子刻在树皮上的爱因斯坦场方程完整形式。
“今晚的课堂是特别的,”松鼠博士站在讲台前,声音里有着难得的庄重,“因为我们将要连接的,不仅是知识,还有星空本身。”
他身后,观测站的穹顶缓缓打开,露出夜空。但这不是普通的夜空——透过东方博士留下的“时空可视化滤光片”,动物们能看到通常不可见的引力结构:
· 银河系的巨大引力势阱,像一个发光的漩涡
· 太阳系行星轨道的时空凹陷,像水面的同心圆波纹
· 甚至能隐约看到地球质量产生的局部弯曲,像一颗石子压住的橡皮膜
“天啊……”小羊咩咩低声说,“我们一直生活在……这样的宇宙里。”
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第二节:第一课:狭义相对论速成
“在进入广义相对论之前,”松鼠博士打开全息投影,“我们必须先理解爱因斯坦1905年的狭义相对论。这是基石。”
投影上出现两个场景:
场景A:一辆马车(代表旧物理学)在平直的路上行驶。路边的里程碑是绝对的,车上的钟是绝对的。
场景B:一辆发光的“光速马车”在行驶。奇特的事情发生了——路边的里程碑之间的距离在马车看来变短了(尺缩效应),车上的钟比路边的钟走得慢(钟慢效应)。
“核心原理一:光速不变。”博士强调,“无论你站着、跑着、飞着,你测量到的真空中的光速永远是299,792,458米每秒。这是宇宙的绝对速度极限。”
小猪皮皮举手:“可是博士,如果我和叽叽比赛,我跑向一束光,叽叽跑离同一束光,我们测到的光速不应该不一样吗?”
“在牛顿世界里是的,”博士点头,“但在爱因斯坦的世界里——不。你和叽叽都会测到完全相同的光速。这意味着……”
他在空中写下洛伦兹变换公式:
t = γ(t - vx/c2)
x = γ(x - vt)
γ = 1/√(1-v2/c2)
“这意味着时间和空间必须混合才能保证光速不变。当速度接近光速时,γ变得很大,时间膨胀和长度收缩变得显着。”
为了演示,他让蝙蝠侠客以高速(相对小动物们的高速)绕圈飞行,同时携带一个闪光萤火虫囊。
地面上的钟显示:蝙蝠飞了10秒。
但蝙蝠自己携带的微型沙漏显示:只过了9.5秒。
“0.5秒的时间差!”叽叽惊呼,“虽然很小,但真的存在!”
“如果蝙蝠能以99%光速飞行,”博士计算,“这个差异会非常大——我们过一年,他只过几周。这就是着名的双生子佯谬的实质。”
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第三节:质能方程的魔法
“现在,最着名的方程。”博士在全息屏上投出:
E = mc2
“这个简单的等式,改变了世界。”他的声音充满敬畏,“它告诉我们:质量是冻结的能量,能量是流动的质量。它们可以互相转化。”
他演示:用一颗松果(质量m)放在特制的“质能转换模拟器”中——实际上是一个加热装置。当松果被加热(增加热能E)时,仪器显示它的“等效质量”增加了Δm = ΔE/c2。
“虽然加热增加的质量微小到无法直接称量,但原理是真实的。”博士说,“在核反应中,极少量的质量亏损会转化为巨大的能量——这就是太阳发光的原理,也是人类核能的原理。”
黑熊老怪突然问:“博士,那么……思想呢?思想是能量吗?它有质量吗?”
全场安静。
博士沉吟片刻:“根据E=mc2,如果思想伴随着大脑的某种能量过程,那么它确实对应着极微小的质量变化。但这涉及意识科学的最前沿……也许今晚稍后我们会探讨。”
他转而问:“谁能告诉我,c2这个数字有多大?”
小老鼠米米举手:“c=3×10?米/秒,所以c2=9×101?……非常大!”
“是的,所以一点点质量就能转化为巨大的能量。”博士总结,“这意味着两件事:第一,宇宙中最大的能量源隐藏在物质里;第二……”
他停顿,环视大家:“第二,我们每个生命,作为物质的存在,本身就是巨大的潜能。”
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