第三章:小松鼠博士的课堂
第一节:紧急召集
太阳刚升到树梢,小鸟叽叽就冲进了大橡树的树洞书房。
“博士!松鼠博士!出大事了!”
书房里,小松鼠博士正站在一个特制的小梯子上,整理着书架上的松果书卷。听到叽叽的呼喊,他差点从梯子上滑下来——幸好尾巴及时勾住了架子。
“叽叽?怎么了?”博士扶正了圆眼镜,那是一副用蜘蛛丝和水晶片自制的精巧眼镜。
叽叽气喘吁吁地落在书桌上:“时空……弯曲了!紫色石碑……东方博士的警告……还有黑熊岭那边……”
她的描述杂乱无章,但几个关键词让松鼠博士的胡须立刻竖了起来。
“时空弯曲?东方博士的石碑?”博士跳下梯子,迅速从书架上抽出一卷特别的树皮——上面画着复杂的几何图形和公式,“在哪里看到的?”
“蒲公英草地!咩咩和皮皮还在那边!”
“召集所有能召集的,”博士当机立断,“我们必须立刻上课——不是普通课,是紧急物理课!”
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第二节:课堂的准备
半小时后,森林中央的空地上,动物们聚集而来。
小羊咩咩带来了发光的石碑碎片,小猪皮皮找来了小老鼠米米和小蝴蝶飞飞。其他听到消息的居民也陆续赶来——兔子夫妇、狐狸小姐、猫头鹰长老,甚至平时不爱出门的刺猬太太也慢慢挪了过来。
松鼠博士站在一块平坦的大石头上,面前摆着他的教学工具:
1. 一张精心编织的巨大蜘蛛网,四角固定在四棵小树上
2. 几颗不同大小的松果
3. 一些光滑的鹅卵石
4. 一罐蜂蜜(用于演示粘性)
5. 他自己发明的“时空网格投影仪”——用露珠和蛛丝做的光学装置
“朋友们,”博士的声音清晰而坚定,“我们今天要学习的,可能是森林历史上最重要的知识——爱因斯坦的广义相对论。”
台下传来窃窃私语。
“什么论?”
“爱因……什么?”
“跟黑熊岭的怪事有关吗?”
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第三节:第一课——什么是时空?
“首先,”博士举起一颗小松果,“想象这是一艘宇宙飞船。”
他把松果放在蜘蛛网上。
“现在,如果蜘蛛网是平的,松果会怎么动?”
小老鼠米米举手:“不动?或者如果你推它,它会直线滑出去?”
“正确!”博士轻轻推了松果一下,它沿着直线滑到网的另一边。
“但现在,假设网不是平的。”博士在网中央放了一颗大松果,“看,网凹陷下去了。”
蜘蛛网中央明显下垂,形成一个光滑的漏斗状曲面。
“现在我再推小松果。”
小松果没有走直线。它沿着凹陷的曲面,绕起了圈子,最终开始绕着大松果旋转。
“哇!”动物们齐声惊叹。
“明白了吗?”博士指着这个简易模型,“在牛顿爷爷的理论里,大松果发出了一种叫‘引力’的力,拉住了小松果。但爱因斯坦说——不!没有那种力!”
他跳到网边,用尾巴尖指着凹陷处:“大松果只是让蜘蛛网——也就是时空——弯曲了。小松果只是在弯曲的网上走它认为的‘直线’!这种弯曲空间中的‘直线’,我们叫它‘测地线’。”
小猪皮皮挠头:“所以……地球绕太阳转,不是因为太阳拉着地球,而是因为太阳太重,把时空压弯了,地球只是在弯了的时空里走直线?”
“精确!”博士兴奋地拍打尾巴,“皮皮,你抓住了核心!”
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第四节:石碑碎片的证明
咩咩举起发光的石碑碎片:“博士,这个……它好像能稳定周围的空间。我拿着它时,看东西不那么歪了。”
“给我看看。”博士小心地接过碎片。
碎片在博士爪中发出柔和的脉动。博士把它靠近蜘蛛网模型——神奇的事情发生了。
蜘蛛网上,以大松果为中心的凹陷区域,在靠近碎片的一侧明显变浅了!就好像碎片释放出某种抵消曲率的效应。
“这是……”博士仔细端详碎片,“这里面有逆向的度规场……天啊,东方博士留下的这是……”
他迅速在树皮上计算:
“如果正常物质产生的曲率是正的……那么这个碎片产生的就是负的……就像爱因斯坦方程中的宇宙常数项Λ可以是正的也可以是负的……”
猫头鹰长老慢悠悠地问:“博士,您能……用我们能听懂的话解释吗?”
博士深吸一口气:“简单说,这个碎片能‘抚平’被弯曲的时空。就像熨斗能熨平皱巴巴的叶子。”
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第五节:引力不是力
“现在回到课堂。”博士把碎片还给咩咩,“记住第一要点:引力不是力,而是时空弯曲的几何效应。”
他在树皮上画出两个图:
左边:太阳(大圆)发出无数小箭头(引力线)拉住地球(小圆)——这是牛顿的图景。
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