相對論、卡爾維諾以及月亮的距離

我們認為過去在建立相對論時，所用的描述方式并不是最好的。現在，距離愛因斯坦具有革命性的發現已經超過一個世紀了，從現代的觀點來看，我們發現了能更深入理解，并且更令人滿意的看待時間和空間的方式。在這個過程中，我們將能夠慢慢理解閔考斯基所說的，時間和空間必須融合在一起，形成一個新的混合體。一旦我們對它們有了一個更加全面和合理的理解，將很快能夠達到我們最重要的目的，那就是依靠自己的力量推導出E=mc²這個公式，從而理解相對論的核心精神。

那么，我們就從這兒開始吧。愛因斯坦的理論可以完全用幾何的方式表達出來。這套理論中，存在著三個核心概念，即不變性、因果性和距離。除非你是個物理學家，不然前兩個概念對你來說也許很陌生。至于最后一個，也許你會認為自己對它很熟悉，但其實它也和你所想的不盡相同。不變性是現代物理學中的一個核心概念。現在，請將你的目光從你眼前的書本上移開，抬頭看看你前方的世界。然后，請轉身向相反的方向看去。你的房間會因為你視角的不同而看起來不一樣，但是自然法則卻是不變的。不變性到底為什么重要呢？讓我們揭開這個有趣的物理事實的神秘面紗，看看它的真面目。

月球以每年4厘米的速度遠離地球。這是為什么呢？首先請在你的腦海里將月球想象成靜止懸掛在不停自轉的地球的上空。月球直射下的海水會因為月球重力的影響而向上凸起一些，地球在此影響下以每天一周的速度自轉，這樣就形成了海水的潮汐。海水和地表之間存在著摩擦力，正因如此，地球自轉的速度不斷減慢。這個影響雖然很小，但也能被測定出來。物理學家都是通過角動量來測量旋轉的速率，所以我們可以說地球的角動量隨著時間推移不斷減少，也就是說地球的自轉速率在不斷減慢。而諾特告訴我們，世界從任何一個角度來看都是一樣的，所以角動量是守恒的，也就是說所有轉動的總量是不會改變的。那么，地球因為潮汐現象產生的摩擦力導致自轉速度減慢，這當中失去的角動量上哪兒去了呢？答案是它們被傳遞給了月亮，使得它在環地球軌道中加速運動，以抵消地球自轉慢慢減速的作用。這導致月亮移動到距離地球稍稍遠的地方。

這是一個十分真實，也非常奇妙的現象。意大利小說家卡爾維諾被這個奇妙現象深深吸引，他創作出一個短篇故事，名為《月亮的距離》。在這個故事里，作家想象在遠古的某個時候，我們的祖先每天晚上都能坐船穿越海洋到達月亮停靠的地方，并且用梯子就能爬到月球的表面。然而隨著月亮不斷遠離地球，終于有一天晚上，那些喜歡月亮的人們必須面對一個選擇：永遠待在月亮上與世隔絕，或是永遠告別月亮返回地球。卡爾維諾筆下這個奇幻浪漫的故事，能在不變性這個抽象概念以及不變性與物理量守恒定律的深層關系中找到解釋。