宇宙的全部秘密，就在這7個符號中 | 王木頭講科學

來自北京大學的木頭哥哥是把科學帶回家的明星主持人，他最擅長給孩子講有趣的科學。

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7個物理量就可以搞定整個宇宙 來自把科學帶回家 00:00 10:28

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你想過為什麼會有時間嗎？時間到底是什麼呢？如果你有強烈的好奇心的話，一定是想過這樣的問題，對吧。先告訴大家一個比較常見的用來研究一件事情的方法，就是我們研究什麼東西，就先假設它不存在，看看世界會發生什麼事情。如果世界因為沒有它而有了天翻地覆地變化，那麼這件事情就很重要，如果結果相反，世界沒有什麼變化，那麼它就可能不那麼重要了。

我們現在就這樣來研究一下時間吧。大家能想像到一個沒有時間的世界是什麼樣子嗎？這樣吧，我們假設有一個非常特別的機器，它可以讓整個宇宙的時間都暫停下來。時間停止了，那麼也就相當於沒有時間了。那麼這個時間靜止的世界會是什麼樣子呢？

你想像出來了嗎？這會是一個靜止的世界，一切的一切都會停止不動，沒有時間，世界將會毫無生氣。這下大家應該能體會到了原來時間是這麼的重要。如果你有機會成為超人，需要選擇一項超能力，一個是刀槍不入，一個是控制時間，我想你應該能做出正確的選擇了吧。當然是選擇控制時間了，這絕對是超強的能力。

幻想就到這裡了。我們回過頭來繼續來考慮科學問題。上一次，我留了一個疑問，這也是解開愛因斯坦問題的關鍵，就是光速時鐘會因為運動變慢，那是不是推廣到所有物體之上都可以呢。這其中的關鍵就是，是不是所有可以代表時間的東西，都需要通過運動來記錄時間呢？

其實我們上面的想像已經可以幫我們解答了，如果沒有時間，那麼一切就會停止。這就是說，運動與時間應該是一個對雙生子，要麼一起存在要麼一起消失。當然這還是從宏觀角度來看的，那我們來舉幾個實際的例子來驗證一下看看是不是這樣。

首先，古人們記錄時間的方法有什麼呢？一般都是通過天空中太陽的高度，以及晚上月亮和星星的位置，這毫無疑問是和運動有關的。如果有一個巨大的火車，上面裝著我們的太陽系，火車的運動也一定會像影響光線時鐘一樣影響太陽和月亮所代表的時間，那火車上的地球時間就是變慢的。

還有什麼呢？擺鐘和手錶，這些用個機械計時的設備也都是通過運動來計算時間的，擺錘擺動的次數，齒輪轉過的圈數，它們肯定也會受到運動影響而變慢的。

可能你還會想到手機電腦這樣的電子設備也可以計時，這些沒有機械結構，也是通過運動來計時的嗎？還真是，不過用來計時的運動不再是機械運動了，而是電磁運動。通過電磁震蕩的次數來計時。光線不就是一種電磁波嗎？說起來，電子計時設備可能與愛因斯坦的例子更接近。

到這裡，我想你已經非常確定了，時間的確是和運動有關的，而且凡是能夠記錄時間的東西都是通過它們的運動來決定的。那你有沒有開始糊塗了呢？我們前面明明說過，時間和移動的距離決定了速度，現在好像又反過來了，運動好像又能決定時間了？到底誰決定誰呢？那個才是最根本的呢？

答案是它們之間是互相決定的，至於那個是最根本的還真不好說。但是我們可以很確定的是，運動的距離、時間和速度這3個物理量一組，我們不需要同時知道，只需要知道其中兩個，另一個也就能求出來了。所以3個裡面只需要有2個，這2個就是基礎的物理量了。那到底怎麼選呢？3個裡面選那兩個呢？那就要看科學家們是如何規定的了。

現在世界公認的有7個最基本的物理量，其他任何物理量都可以有這7個組合而成。它們分別是，長度、質量、時間、電流強度、熱力學溫度，這可不是我們平時說的攝氏度，它是以絕對0度為起點開始記錄的一種溫度，還有發光強度和物質的量，物質的量以後學習化學的時候會經常用到，大家可以先理解為這是表示原子和分子個數的一個物理量。

至於為什麼選這7個而不是另外的7個，這個原因很多，就比如長度，不只是可以用來表示運動的距離，還可以表示一個物體的長寬高，這些是和速度沒有關係的，所以用速度代替長度還不合適。那時間能不能代替呢？理論上是可以的，不過還是選擇時間更合適一些。因為在平時，記錄一個時間會比較容易，去測量速度可就難了。就比如，有一個飛馳的汽車，你想知道它的速度，你有什麼方法可以不用知道時間就把它測量出來嗎？很難吧。

如果在另外一個外星世界，那裡的外星人很特別，和我們地球人完全不同。但是我們仍然可以確定，他們最後找到的最基本的物理量也一定是7個，和我們一樣。不過，至於具體是哪7個，可能就會和我們不同了。如果它們有一個特殊的能力，能一下子就感覺出物體運動的速度，這樣的話，在他們的世界裡面很可能就是速度作為基本物理量了。

對了，剛才我們講到7個基本物理量的時候說了一個質量，這個質量可不是一個商品質量好不好，是不是耐用的那個質量，兩個字雖然一樣，但是含義卻完全不同。如果說和它關係最緊密的另外一個詞的話，你一定知道，那就是重量。我們平常說一個東西有多重，總是認為這是說的這個物體的質量，然後還用多少斤、多少千克，多少噸來表示。其實我們這樣的用法是錯的，斤啊、千克啊、噸啊都是質量單位，不是重量的單位。

先用比較正式的方式來給大家解釋什麼是質量，什麼是重量吧。質量是用來代表一個物體中含有物質的多少。重量呢，代表的是受到的重力吸引的大小。大家一定要注意到了這裡說的重量是一個力的大小。想表示一個力有多大，它還有一個單獨的單位，叫做牛。這個不是1牛的力量，是等於一隻牛的力量，這個牛是指的牛頓。以後大家接觸科學多了，就會發現，很多單位都是用科學家的名字命名的，這些科學家都是對這個領域的科學發展做出重大貢獻的人。牛頓就是因為這個才被拿來作為代表力的單位。

這個力呢，也是一個物理量，不過它不是基本物理量，也就是說不是那7個中的一個。它是由質量、長度和時間組合而成的。所以，我們平時說的重量，其實想說的是質量的意思，用的也是質量的單位。而重量本身呢，準確地說它其實代表了一個力的大小。

不過重量和質量可是關係非常緊密的，在地球上如果知道一個物體的質量，那麼通過一個簡單的計算就可以它的重量了。如果你知道了一個質量是1公斤，也就是1千克的東西，那麼它在地球表面受到吸引力的大小大概是9.8乘以1。根據牛頓的萬有引力定律，大家應該還記得，它和距離平方成反比，和質量成正比。如果是在月球上，這個同樣是1公斤的東西，由於月球的質量小，還有半徑也小，所以最後算下來只有地球上重量的六分之一，也就是說任何物體，在地球表面的重量都是他們在月球上的六倍。

但是大家一定要明白，重量雖然變化了但是質量卻是一樣的，因為質量表示的是含有物質的多少，一個東西不論是在地球上還是在月球上，包含的物質都是不變的，都是1KG。

說到這裡，就要給你留個思考題了，你知道有多少種可以稱重的工具嗎？用不同的秤分別在地球上和月球上稱物體，它們得到的結果都是一樣的嗎？我可以給大家一個提示，你可以想想看這兩種稱重工具，一個是天平，一個是彈簧秤。彈簧秤就是其中有一個彈簧，通過對彈簧的壓縮和拉伸的程度來得出物體的質量。這兩個東西在地球和月球得到的結果是一樣的嗎？

好了今天的內容就到這裡了。雖然這次內容是出現在相對論的專輯，但是卻主要講了一些物理學的概念，並沒有涉及到太多相對論知識。從時間講到了質量，這個是為了給後面的內容做鋪墊。現在講了質量，後面距離講到相對論中最有名的方程——質能方程也就是E=MC2，還會遠嗎？