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       理解相對論的途徑：光速不變——狹義相對論——等效原理——廣義相對論——時空彎曲。

一、光速不變

狹義相對論很短，只有幾頁。它要表達的意思更短，只有一句話：不管觀察者如何運動，被觀察的光速不變。從這句看似簡單的話可以得出一些非常奇妙的結論，這些結論嚴重違背了我們的日常經驗，但現在都被證明是正確的。

假設一列火車以時速300公里往北跑，一輛汽車以時速150公里也往北跑，汽車里的人會發現，火車的速度是每小時150公里。結論就是：物體運動的速度不僅取決于他自身的速度，也取決于觀察者的運動速度。

這個結論只適用于低速運動的物體（比如火車、比如地球的運動等），一旦速度加快到光速（每秒三十萬公里）或者接近光速，這個日常經驗就失效了，因為大量精確的實驗驗證了：光速是不變的。也就是說，光速是個固定值，是個常數，它不隨著觀察者的運動而改變。

再舉例：假設一束光以每秒30萬公里往北運動，一艘宇宙飛船以每秒15萬公里也往北運動，宇宙飛船里面的人會發現這束光多快呢？照我們的日常經驗來看，這束光的速度應該是每秒鐘15萬公里。

錯！宇宙飛船里面的人會發現，這束光的速度仍然是每秒鐘30萬公里。

二、狹義相對論

舉例：假設一束光以每秒30萬公里往北運動，一艘宇宙飛船以每秒15萬公里也往北運動，在地球上靜止不動的人看來，一秒鐘后，宇宙飛船距離那束光15萬公里。記住：是1秒鐘后！

但是，宇宙飛船里面的人會感覺這段時間是多長呢？

現在的已知條件是：宇宙飛船距離那束光15萬公里，光速是每秒鐘30萬公里。則：

15萬公里/（除以）時間=30萬公里/（除以）1秒鐘

則：時間等于0.5秒

也就是說，地球上的人過去了一秒鐘，以時速15萬公里運動的人會感覺時間只過去了半秒鐘。

結論：速度可以改變時間。

你運動的越快，時間會過得越慢。當你以光速運動時，時間就會靜止。

再舉例：博爾特以每秒10米參加百米賽跑，旁邊為他加油的人過去1秒鐘后，博爾特只感覺過去了三十萬分之299990秒，也就是0.99996667秒。百米賽跑結束后，博爾特比我 們年輕了0.0003333秒。

三、等效原理

假設我們坐在一艘船里，當船勻速行駛的時候，我們不會感覺到船在動。同理，地球以每秒30公里繞太陽公轉，并且以每秒500米自轉，我們也感覺不到地球在動。

現在假設我們在一部電梯里頭，當電梯均勻加速往上走的時候，我們也不會感覺到電梯在動，我們只會感覺到有一股力在把我們往下拉，就像地球的質量把我們固定在地表不讓我們脫離地球那樣。

愛因斯坦由此推斷，速度和質量等效，它們在拉慢時間方面起的作用是一樣的。（當然，這方面有個很經典的邏輯推理過程，我就不詳述了）

結論：不僅速度可以改變時空，質量也可以改變時空。

四、廣義相對論

質量可以改變時空，把時空拉彎；而且質量越大，時空被拉彎得越厲害。就像速度越快，時間流逝得越慢那樣。比如太陽就拉彎了時空，這很像我們在床上放了一個鉛球，從而把海綿墊子壓出一個坑那樣。

愛因斯坦由此得出大膽的結論：引力并不是一種力，實際上它根本就不存在。我們平時看到的地球和行星繞太陽運動的現象，并不是太陽在吸引著它們轉動，而是太陽拉彎了時空，地球和行星不得不沿著彎曲的時空轉動。

五、彎曲時空

廣義相對論有些結論照樣超出了我們的日常經驗，但后來被一一證實是正確的。

1、恒星的光線經過太陽時，因為太陽拉彎了時空，恒星的光線應該有一個折角，應該向內彎曲。

這個效應很難觀察到，因為我們只有望向太陽時，才會捕捉到那束恒星射過來的光。但太陽光那么強烈，一定會把那束光掩蓋住。不過，發生日全食的時候，太陽光會被遮住，正好可以讓我們驗證。事實證明，愛因斯坦是正確的。

2、引力波。

兩個大質量的天體（比如黑洞）互相碰撞的時候，分別被它們拉彎的時空也會碰撞，從而會形成時空漣漪，逐漸向四周擴散。這就像兩粒石子投進平靜的水面，形成了兩個不斷擴散的水波，它們碰撞后的漣漪也會向四周擴散那樣。幸運的是，2017年我們的科學家捕捉到了這些時空漣漪。

3、導航衛星繞地球轉動時，衛星上攜帶的時鐘比地面上的時鐘快。

人造衛星運動速度很快（線速度比地面物體大），時間應該會比地面慢7微秒；但是人造衛星所處的軌道受到的引力又比地面小，所以時間應該比地面快45微秒。兩種效應同時存在，相互抵消，因此衛星比地面上的時鐘快38微秒。

終于寫完了，長出了一口氣。本來不想費這勁，但是一念既生，而且答應人家，只好勉力而為。