第029章 四维时空

刘一鸣觉得，晚上三两好友一起喝喝咖啡聊聊天，是很惬意的事情，所以第二天晚饭后，他与董玉荣又约上王师傅，一起喝咖啡。

三个人都不是宇宙学专业，但对宇宙都有抑制不住的好奇和兴趣。其他人晚饭后都在各种娱乐，他们却喜欢探讨宇宙中那些深奥难解的问题，几乎就是一个微型的学术沙龙了。

喝了两口饮料，刘一鸣道：“现在大家都在想象外星人的样子，基本上都是科幻作品中的思路，认为属于虫族的概率较大，譬如外星白蚁。不过这都是形态方面，我关心的是，它们有没有可能是四维生物？就是《三体》中写的，可以透视我们三维世界的那种。”

王师傅道：“我们人类，以及地球上的所有生物，都生活在三维世界，算是三维生物，所以提到四维生物，如果类比的话，应该是生活在四维空间中的生物。但是四维空间到底什么样，人类并不是很清楚，只是觉得应该存在。”

董玉荣道：“要注意这里有个思维陷阱，就是把四维空间与四维时空弄混。二者不是一回事：四维时空是三维空间加上一维时间，其实我们现在的时空就是；四维空间只是空间，如果加上一维时间后，就是五维时空了。”

刘一鸣道：“我觉得大部分人都分不太清吧，主要是对相对论不太了解。相对论到大学才学，学时也很短，我当时就挺蒙的，一直难以理解。你们说，相对论建立至今有三百多年了吧，应该是很古老的理论了，为什么还是这么难学呢？”

王师傅笑道：“相对论虽然是科学理论，但是它的诞生却不合常理。它依据的洛伦兹变换是洛伦兹拼凑出来的；相对论是爱因斯坦依据思想实验凭空想出来的；后来出现的闵氏几何，也是闵可夫斯基拼凑出来的。这些反常识的东西，一般人不理解很正常。”

刘一鸣道：“这个闵氏几何是咋回事？”

王师傅道：“闵氏是指闵可夫斯基，是爱因斯坦的数学老师，他觉得爱因斯坦的数学太臭，把相对论搞得太繁琐太麻烦，就手捏出来一套几何方法，也就是闵氏几何。在这套几何体系下，狭义相对论可以通过图解给表达清楚，狭义相对论的一些结论，譬如尺缩钟慢，理解起来也很直观，所以学起来比较容易。”

董玉荣道：“相对论研究的不是一个坐标系，而是两个坐标系，一个静止一个运动。因为光速不变，它们之间的变换，需要用洛伦兹变换，公式比较复杂，不好理解，但如果采用闵氏几何，可以很容易看出它是一种双曲变换。”

王师傅道：“这个闵氏几何就是为相对论而生的，或者就是相对论的几何化。它把复杂的洛伦兹变换转化为坐标轴的双曲旋转，不但规避了复杂的推导和计算，而且使洛伦兹变换有了鲜明的几何意义，从而化繁复为简明，使高深的相对论变为浅显的几何图画，真是功莫大焉！”

董玉荣道：“闵可夫斯基确实太高明了！”

刘一鸣问道：“那尺缩钟慢到底是真实的物理变化，还是仅仅是观测效应呢？”

董玉荣道：“是观测效应，从闵氏几何图解可以看得很清楚，尺子和钟本身都没有变化，尺缩钟慢只是从其它坐标系观察时出现的现象。”

刘一鸣疑惑道：“既然用几何方法来理解相对论如此轻松，为什么我们物理课本上不讲闵氏几何，只是讲一大堆公式呢？”

王师傅撇撇嘴道：“为什么……很久以来教材就不是写给不懂的人来学习的了，现在的教材基本都是概念还没讲清楚，上来就堆砌公式，搞得像天书一样晦涩难懂。

当然，物理教材不是专门讲相对论的，如果先讲闵氏几何，要占用不少篇幅，还不如简单的列几个公式，能理解你就理解，不理解也无所谓，这算是一种敷衍吧。

有本书，《闵氏几何与狭义相对论》，黄献民写的，我仔细学习过。写得很好，将高深的理论讲得清晰简明，让不懂的人很容易理解。这种才是好教材啊！

国内基础理论不行，教学更不行，那些垃圾教材起了很大的阻碍作用。将高深理论简明化，甚至可视化，应该是国家要着力推动的。

董玉荣道：“其实不惟大学如此，中小学教材更严重。我姐儿子上初中，假期的时候，让我给他辅导一下数学，你们猜我发现了什么？”

刘一鸣奇道：“发现了什么？里面有相对论？”

董玉荣白了他一眼：“相对论倒不至于。我发现他的数学教材有一种奇怪的排布方式，就是一章几何一章代数，一章几何一章代数这样排，本来各自很完整的体系被拆的七零八落，这样能学好才怪！不知道编者脑子是咋想的？”

刘一鸣道：“确实！今天学了一点几何，刚有点感觉，下次课学代数，几何忘了。刚对代数有点感觉，然后学几何，代数又忘了。就像黑瞎子掰玉米，只剩最后一个。不过我中学是在飞云洞上的，我们的教材没有这个问题。”

王师傅道：“这其实也算是毒教材，家长们注意到了图画中的毒，却没注意到知识体系中的毒。教材关系到国家的基础教育，也关系到人的基础素质，不科学不合理的知识体系不但不能教人知识，反而对孩子的智力发育起到破坏