科學存在的意義就是為了揭開這些現象背後的奧秘，試圖用數學和邏輯來描述和解釋自然規律。這並不意味著科學理論是錯誤的，相反，它們往往是經過了嚴格的實驗和觀測的檢驗，才被認正確，為啥我們的直覺會出現如此之大的偏差呢？
物質可以 「 無中生有 」
我們都知道，物質是由原子和分子組成的，它們是有質素的，有形狀的，有位置的，它們不會憑空出現，也不會無緣無故消失，這是我們從小就學到的常識。但是，當我們進入到微觀世界的時候，這個常識就不再適用了，因為在微觀世界中，物質可以 「 無中生有 」 ！
這個驚人的現象，是由量子力學這門科學揭示的。量子力學是研究微觀粒子，如電子、光子、誇克等的運動和相互作用的理論，它是二十世紀初誕生的一門革命性的科學，它不僅改變了我們對物質的認識，也催生了許多新的技術和套用，如激光、核能、半導體等。
量子力學的一個基本原理，就是不確定性原理，它告訴我們，微觀粒子的位置和動量是不可能同時被精確測量的，它們之間存在著一個最小的不確定度，這個不確定度是由普朗克常數決定的，它是一個非常小的數，約為 6.626×10-34 焦耳秒。這個原理意味著，微觀粒子的狀態是不確定的，它們只能用概率來描述，而不是用確定的數值。
在物理學中，有一個奇妙的現象，叫做量子漲落。它是指在真空中，不斷地有一些微小的粒子和反粒子出現和消失，這些粒子被稱為虛粒子，它們是由量子力學的不確定性原理造成的。虛粒子的存在會對周圍的物質產生一些影響，比如給它們施加一些力，這些力就是由量子漲落產生的。
量子漲落是一個普遍存在的現象，它發生在宇宙的每一個角落，包括真空。是的，你沒有聽錯，真空並不是 「 空 」 的，它其實是充滿了量子漲落的，它是一個不斷湧現和消失的物質的海洋，只是我們用肉眼看不到罷了。這聽起來是不是很不可思議？但是，這個現象已經被實驗所證實了。
量子力學的奇妙規律 產生了 虛粒子 ， 它們的存在時間非常短暫，所以我們平時感覺不到它們的影響，但是它們卻能對物質產生一種微弱的力， 這就是卡西米爾力，量子漲落的直接證據。
卡西米爾在 1948 年提出了一個實驗思路，來檢驗量子漲落的存在， 他的實驗方案非常精妙，如果我們在真空中放兩塊非常靠近的金屬板，那麽在金屬板之間的空間，只有波長小於板間距的虛粒子才能存在，因為它們才能符合邊界條件，而在金屬板之外的空間，沒有這樣的限制，任何波長的虛粒子都能存在，這樣就造成了一個壓力差，金屬板之間的壓力會小於金屬板之外的壓力，這就會使得金屬板受到一個向內的吸重力，這個力就是卡西米爾力。
但是由於當時的技術水平，他並沒有親自做出這個實驗，直到 1996 年，美國的科學家才成功地完成了這個實驗，並且測量出了與理論值相符的卡西米爾力，從而證實了量子漲落的存在。
空間可以彎曲
我們都生活在三維的空間中，我們以為空間是一個固定不變的舞台，它只是讓物體和觀察者在上面表演，它自己沒有任何變化。 這個觀念在上個世紀初被一個天才的物理學家所顛覆，他就是艾拔 · 愛因斯坦，他提出了一個革命性的科學理論，他說，空間是一種物質的存在形式，它可以被物體的質素和速度所影響，它可以彎曲，它可以扭曲，它可以伸縮，它是一個相對的存在。
愛因斯坦的這個理論被稱為廣義相對論，它是繼牛頓的萬有重力定律之後，對重力現象的又一次深刻的解釋和預測的理論。
廣義相對論的核心思想是，重力不是一種物體之間的力，而是一種物體對空間和時間的影響，物體的質素和速度會讓空間和時間發生彎曲，而彎曲的空間和時間又會影響物體的運動軌跡，這就形成了一種相互作用，這就是重力的本質。
廣義相對論的這個觀點是非常反直覺的，因為它與我們的日常經驗完全不同，我們很難想象空間和時間是如何彎曲的，更不用說如何測量它們了。但是，愛因斯坦並不是憑空想象出這個理論的，他是基於一些實驗和觀測的事實，以及一些數學和邏輯的推理，才得出這個理論的。
而且，他還給出了一些可以驗證這個理論的方法，其中最著名的一個就是光線的偏折。
愛因斯坦的想法是，如果空間是可以彎曲的，那麽光線，作為一種電磁波，也應該受到空間的影響，也就是說，光線在經過一個質素很大的物體附近時，它的路徑會發生偏折，而不是直線前進。這個偏折的角度，可以根據廣義相對論的方程式來計算，而且，這個角度應該比牛頓的萬有重力定律所預測的要大一倍。
為了驗證這個預測，英國的物理學家亞瑟 · 斯坦利 · 愛丁頓，於 1919 年利用一次日全食的機會，組織了一次著名的觀測。
他帶領他的團隊，分別在非洲的普林西比島和巴西的索布拉爾，用望遠鏡拍攝了日食期間的太陽和周圍的恒星的照片，然後將這些照片與日食前後的照片進行對比，看看恒星的位置是否發生了變化。
如果沒有光線的偏折，那麽恒星的位置應該是不變的，但如果有光線的偏折，那麽恒星的位置就會有一個偏移，而這個偏移的大小，就可以用來驗證廣義相對論的預測。
經過了精心的測量和分析，愛丁頓的團隊得出了一個驚人的結果， 恒星的位置發生了偏移，偏移的 結果同 愛因斯坦的 計算幾乎一致 ， 而與牛頓的預測相差很大。這就是人類首次證實了空間可以彎曲的實驗，也是愛因斯坦成為世界聞名的物理學家的契機。
在這之後，廣義相對論又被多次驗證，它不僅能夠解釋一些牛頓的理論無法解釋的現象，如水星的近日點進動、重力紅移、重力波等，還能夠預測一些新的現象，如黑洞、重力透鏡、宇宙膨脹等。廣義相對論是一個非常優美和強大的理論，它讓我們對空間和時間有了一個全新的認識，也讓我們對宇宙的奧秘有了更深的探索。
時間可以變慢
我們都有一個直覺，那就是時間是一種均勻的流動，它不會因為任何外界的因素而改變，它是一個絕對的存在。但是，這個直覺也是被愛因斯坦所打破的，他提出了另一個革命性的科學理論，他說，時間是一種物質的存在形式，它可以被物體的速度和重力所影響，它可以變慢，它可以變快，它是一個相對的存在。
愛因斯坦的這個理論被稱為狹義相對論，它是在 1905 年提出的，比廣義相對論早了十年，它是研究沒有加速度的勻速運動的物體的理論 。
狹義相對論的第二個假設，與牛頓的力學和麥克斯韋的電磁學是相矛盾的，因為在牛頓的力學中，速度是相對的，而在麥克斯韋的電磁學中，光速是絕對的，這就導致了一個悖論，就是邁克爾遜 - 莫立實驗的結果。這個實驗是在 1887 年進行的，它的目的是測量地球相對於以太的運動速度，以太是當時物理學家假設的光的傳播介質，它應該是一個絕對靜止的參考系，而地球則是相對於以太運動的，因此，地球的運動應該會影響光的傳播速度，這就是所謂的以太風效應。但是，邁克爾遜 - 莫立實驗的結果卻是，無論地球如何運動，光的傳播速度都是不變的，這就與牛頓的力學相矛盾了。
愛因斯坦的狹義相對論，就是為了解決這個悖論而提出的，他認為，光速是一個不變的常數，而不是一個相對的變量，這就意味著，無論光源或者觀測者如何運動，他們都會測量出相同的光速，這就是光速不變原理。但是，這個原理的代價是，其他的物理量，如長度、質素、時間等，都會隨著運動的狀態而發生變化，而且這些變化的規律，都是由勞侖茲變換來描述的，勞侖茲變換是一種數學公式，它可以將一個慣性系中的物理量，轉換為另一個慣性系中的物理量。
根據勞侖茲變換，我們可以得到一些非常反直覺的結論，其中之一就是，時間會隨著物體的速度而變慢，這就是所謂的時間膨脹效應。時間膨脹效應的意思是，對於一個運動的物體而言，它所經歷的時間，會比靜止的觀測者所經歷的時間要少，而且這個差別，會隨著物體的速度的增加而增大
時間膨脹效應的一個經典例子，就是雙生子佯謬，它是這樣描述的：假設有一對雙胞胎，其中一個乘坐一艘飛船，以接近光速的速度飛向一個遙遠的星球，然後再返回地球，而另一個則留在地球上，等待他的兄弟回來。
根據狹義相對論，飛船上的雙胞胎所經歷的時間，會比地球上的雙胞胎所經歷的時間要少，也就是說，當飛船回到地球時，飛船上的雙胞胎會比地球上的雙胞胎年輕，而且這個年齡差，會隨著飛行的距離和速度的增加而增大。
這個例子聽起來是不是很奇怪？但是，這個例子並不是一個純粹的思想實驗，它在現實中也有對應的情況，比如說，我們經常使用的衛星導航系統，就是一個很好的例證。衛星導航系統的原理，是利用一些在地球軌域上執行的衛星，向地面發送一些包含時間資訊的訊號，然後地面的接收器，根據這些訊號的到達時間，計算出自己的位置。
但是，由於衛星的速度很快，而且它們所受到的地球重力比地面要小，這就導致了衛星上的時間，會比地面上的時間要慢，而且這個差別，每天會累積到幾十微秒，如果不進行校正，那麽每 12 小時，衛星導航系統就會出現大約 7 米的誤差，這顯然是不能接受的。因此，衛星導航系統都會借助愛因斯坦的理論，來對衛星上的時間進行校正，從而保證導航的準確性。
