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深度长文：通俗理解爱因斯坦的广义和狭义相对论，值得珍藏( 二 )

相对论


既然光速绝对不变 ， 那应该叫做 「绝对论」 ， 干嘛叫「相对论」呢？
相对论这个概念是与「绝对时空观」相对应的 ， 学术点说 ， 一切物理定律在所有惯性参照系中具有相同的数学形式 ， 学名「相对性原理」 ， 这是相对论的第二个假设 ， 我知道你看不懂这句话的意思 ， 别着急 。
这个话题又有点哲学的味道了 。
回到刚才的场景 ， 我骑车的速度是 10 ， 而你站在路边不动 ， 假设整个系统或者说全宇宙只剩下你我 ， 那么到底是谁在动？
在你看来是我在动 ， 在我看来是你在动 ， 为了搞清楚谁在动 ， 就把这事说成：我相对于你的速度是 10 。这是高中物理的内容 ， 今天的人不难理解 ， 不过在当时「以太」学说的背景下就不一样了 。
什么是「以太」？
又是亚里士多德这位老同学提出的概念：空间是以太组成的 ， 只是我们看不见而已 ， 静止和运动都是相对空间而言 ， 也就是说「我相对于空间的速度是10」 ， 而不是「我相对于你的速度是 10」 。这种观点 ， 再算上亘古不变的一维时间 ， 称之为牛顿时代的「绝对时空观」
这在当时是很主流的一个假说 ， 著名的科学家迈克尔逊 ， 诺贝尔物理学奖得主 ， 绝对的大牛人 ， 他就一直在找以太 ， 结果找了8年 ， 亲手把以太理论给掐死了 。
回到相对论
「光速不变原理」＋「相对性原理」 ， 好吧 ， 那然后呢？凭这两个就能颠覆世界了？没错 ， 有这两样东西就够了 ， 大家注意 ， 老司机爱因斯坦开始飚车了！
假设老司机把车速飙到光速的 50% ， 然后 ， 车厢天花板发出一束光 ， 垂直照到地板上 。对车厢内的人来说 ， 车厢是没有速度的 ， 相当于在一个静止的车厢里 ， 从上往下照一束光 ， 那么结果很简单 ， 这光就是直线照到地上而已 。所以这束光走过的路程就是车厢的高度 ， 花费的时间：车厢高度/光速 。
但对车厢外的人来说 ， 事情就有点麻烦了 ， 光束是在移动的车厢里从上往下照的 ， 这个过程中车厢一直在移动 ， 所以光走的路径是一条斜线 。
就好像从车厢顶部打一颗子弹到地上 ， 在车厢内的人看起来 ， 子弹是直线下落的 ， 但在车厢外的人看来 ， 子弹其实是斜着落地的 ， 斜着跑当然比直线跑的路程更远 。
这在经典物理学里面是没啥问题的 。因为子弹的速度还得加上车厢移动的速度 ， 所以子弹的实际速度是增加了 ， 即便路程增加了 ， 最后算下来时间是一样的 。
但是 ， 爱因斯坦说了 ， 光速是不变的 ， 无论你车厢移动速度是多少 ， 光速始终还是那个光速 ， 于是 ， 事情就大条了 ， 因为路程变多了 ， 而光速不变 ， 这样算下来时间也就得变多了！
同样一件事 ， 车厢内的时间比车厢外的时间多 ， 这说法不好交代吧 。
爱因斯坦说 ， 这有啥 ， 光速是不变的 ， 只能委屈时间了 ， 没错 ， 车厢内的时间膨肚了！
时间这东西看不见摸不着 ， 爱因斯坦怎么说都行 。咱们换个例子 。
老司机飚车的过程中 ， 在车厢的中间位置 ， 闪一下光 ， 相当于点亮一个电灯泡 ， 对车厢内的人来说 ， 车厢是静止的 ， 那么光线应该是同时照亮前壁和后壁 。但对车厢外的人来说 ， 车在前进 ， 而光速不变 ， 所以光应该先照亮后壁 ， 然后再照亮前壁 。这就不是时间膨胀不膨胀的问题了 。
如果前后壁分别有个接收器 ， 那么这两个接收器到底是同时接收到信号 ， 还是一前一后接受到信号 。
爱因斯坦说 ， 你们压根不知道啥叫「同时」 ， 如何判断在两个地方发生的两个事件是否同时？当这两个事件发生的瞬间各自发出一个闪光信号 ， 如果光同时到达这两个地方的中间位置 ， 那么就认为这两个事情是同时发生的 ， 不然就是不同时的 。所以车厢内的人看是同时的 ， 车厢外的人看是不同时的 ， 「同时」也是相对的 。


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