内容提要

20世纪初，众多物理学家认为物理学的大厦已经基本建成，只剩下了修修补补的工作。但随后诞生的相对论和量子理论让物理学进入了一个新的发展阶段，也深刻影响了人类对于时空的认知。

本书就以爱因斯坦和他的相对论为切入点，介绍了物理学的新发展。全书可分为三部分：第一部分从20世纪近代物理的开端讲起，介绍了爱因斯坦的一生和狭义与广义相对论；第二部分从相对论延伸开来，介绍了恒星和宇宙的演化，以及宇宙中的致密天体；第三部分主要介绍了黑洞理论和霍金一生的贡献。

本书改编自赵峥教授在网络平台的课程，保留了课堂的原汁原味，语言生动风趣、通俗易懂，内容深入浅出，适合对近代物理发展感兴趣的中学生、大学生等广大物理爱好者阅读。

序言

爱因斯坦一生最伟大的成就是创立相对论，特别是创立了描述弯曲时空的广义相对论。近年来，建立在广义相对论基础上的宇宙演化、黑洞及时空性质的研究取得了显著的进展。物理宇宙学的创建、作为时空涟漪的引力波的直接发现、黑洞的理论研究和天文探测等成就相继获得了诺贝尔物理学奖项，引起了世人的广泛关注。

在这种背景下，B站（哔哩哔哩网站）把读书人平台录制的作者关于相对论及天体物理的一系列讲座进行了加工整理，并以《16堂宇宙课》为题在网站上播出，受到观众的热情欢迎。讲座用通俗的语言向大众介绍了狭义和广义相对论的创立背景与有趣内容，介绍了黑洞、引力波、恒星演化和宇宙演化，介绍了并非神童的爱因斯坦和霍金的成长经历与科研历程。依照张鹿先生的建议，作者对有关视频的内容进行了整理、修改和补充，写成本书，供视频观众与感兴趣的读者阅读和参考。

把语音内容整理成可翻阅的文字资料是一件十分枯燥而又烦琐的工作，需要付出艰苦的劳动。北京师范大学物理系理论物理专业的研究生王天志、唐艺萌耗费了许多时间和精力来协助作者完成这一工作。张华先生提供了许多参考资料和图片。读书人平台和B站的朋友们也付出了许多劳动。作者在此对他们表示深切的感谢。作者特别要感谢读书人平台的张鹿先生，以及李江兵、李北巍、赵小彬、刘建钢、周雁翎等朋友的参与。还要特别感谢人民邮电出版社科普分社俞彬社长的鼎力支持、赵轩编辑的热情推荐、杜海岳编辑与韩松编辑的精细加工，正是他们的努力使得本讲座在视频播出之后能够以文字形式和读者见面。

由于作者水平有限，错误之处在所难免，欢迎读者批评指正。

赵　峥

2021年5月于北京

第一课

物理学天空中的两朵乌云

从《狭义与广义相对论浅说》谈起

开篇我们讲爱因斯坦与相对论。首先介绍一本书：《狭义与广义相对论浅说》。这本书是爱因斯坦亲自写的唯一的科普读物。还有一本书是爱因斯坦和他的朋友及合作者因费尔德两个人共同署名的，叫《物理学的进化》，但是那本书实际上是因费尔德写的。当时因费尔德因为生活上比较困难，想出一本书来缓解一下，于是他就请爱因斯坦跟他联名，这样这本书的销售量就会比较大。爱因斯坦同意了，当然这本书爱因斯坦肯定也提了不少建议，所以也是一本很好的书。《狭义与广义相对论浅说》这本书以比较通俗的语言介绍了狭义相对论和广义相对论。我们知道爱因斯坦一生中取得的成就是很多的，但是最重要的成就是相对论。相对论分两个部分，一部分是狭义相对论，另一部分是广义相对论。我将《狭义与广义相对论浅说》这本书推荐给大家，大家可以在学习相对论的时候看一下爱因斯坦是如何用通俗的语言来解释他的那些很难懂的理论的，我认为看这本书的人肯定会有所收获。

物理学天空中飘着哪两朵乌云

图1-1这张照片是爱因斯坦发表狭义相对论的时候，也就是他26岁左右时候的照片。通常大家看到的爱因斯坦的照片都是那个叼着个烟斗、头发乱糟糟、满脸皱纹的老头形象，大家觉得那时的爱因斯坦有着全世界最聪明的脑袋。其实那个时候的脑袋已经不行了，最行的是图1-1这个26岁左右时的脑袋。他26岁发表狭义相对论，37岁发表广义相对论，主要的成就其实都是40岁以前取得的。40岁以后虽然还有成就，但是远不及他中青年时期的成就大。实际上所有的科学创造和发明，特别是理论的创造，基本上都是青年人做出来的。到了中老年以后，人的学问大了，课会讲得更好，知识会更丰富，但是创新能力往往会降下来。我们以前宣传科学家，通常都是给人看他们早已功成名就、成为老头老太太时候的照片，其实这样会给人一种误解，以为重大的成就都是老年人做出来的。