相对论研究-转

从今天开始，我们就来讲讲爱因斯坦的狭义和广义相对论。

相对论对绝大多数人来说是个神秘的理论。你肯定已经听说过有关相对论的一些有趣的和怪异的结论，比如说，一个物体在高速运动的时候，它的长度会变短，它的时间会变慢。

咱们假设有一个距离地球40光年远的星球。光需要走40年才能到达那里。那么如果你以80%的光速前往那个星球，你得飞行50年才能到达那里，对吧？在留在地球的我们看来的确是这样。如果你出发的时候20岁，到达的时候应该是70岁吗？

不是。根据相对论效应，高速运动的物体的时间会变慢。寻常的50年对你来说只有30年，你到达的时候，只有50岁！而你要是能以99.5%的光速飞行，你的时间将会比我们慢10倍！

这也就是说相对论效应可以让人穿越到未来。

这个世界为什么是这样的？这不是科幻，而且这还仅仅是开胃菜……

相对论，本质上是关于时空的理论 —— 时空跟我们寻常想象的完全不同。

正是因为有了相对论，我们才知道有黑洞这种东西，我们才知道空间居然会膨胀，我们才知道宇宙有个起源。

而相对论是一个出了名的难懂的理论。据说爱因斯坦刚刚发表狭义相对论的时候，全世界只有2.5个人能理解。等到相对论已经被物理学家广泛接受、爱因斯坦爆得大名，公众又理解不了。

我记得欧洲当时还出了一本书叫《一百个反对爱因斯坦的作家》 —— 而爱因斯坦对此的回答是
“如果相对论真的错了，有一个人反对就够了。”

那相对论真的这么难吗？你要知道爱因斯坦发表狭义相对论是在1905年，距离今天已经100多年了。我们没有理由不能理解一个清朝末年就出来了的理论！

相对论的数学很简单，但我们重点还是说它的思想。

相对论会对你的世界观产生重大影响。作为一个现代人，如果不理解爱因斯坦相对论，你就错过了这个世界最精彩的东西。一旦理解了相对论，你就不再是以前的你，你就再也回不去了。但是光知道一些奇妙的结论可不算理解。
我有一个好消息。相对论是简单的。这是一个干净利索的漂亮理论。
但简单不等于容易。简单的东西可以非常深刻。

1.一个信念
咱们先来考虑一个思想实验。假设你在一艘豪华游轮上旅行，这艘游轮在海上开的速度很快，但是它非常平稳，没有任何颠簸。游轮上有个全封闭的大厅，里面有游泳池有球场，你甚至还可以在里面做物理实验。

那请问，在不和外界发生任何联系的情况下，你能判断出这艘游轮是在前进还是静止不动吗？
你可以做各种实验。比如说把球抛到空中，在静止的情况下，球会落回你的手中。可是封闭游轮里也是这样，球也会落回你的手里。你向游轮前进的方向射门，同在游轮上的守门员只会感到你射门的寻常速度，而不需要考虑游轮的速度。

只要游轮的速度平稳不发生变化，你就无法判断它是在运动还是静止！其实我们生活的地球就相当于是这样一个游轮。地球绕太阳公转的速度是每秒29.8公里，比飞机快的多，但因为地球走得几乎是一条直线，你完全感觉不到它正在高速前进。

这个道理，最早是物理学的祖师爷伽利略想明白的。你在速度是每小时50公里的游轮上建立一个坐标系研究物理学，我在地面建立一个坐标系，咱俩其实是对等的。你相对于游轮是静止的，相对于我是运动的。你向前射出一支箭，箭相对于你的速度是每小时360公里，那相对于我就是每小时 360 + 50 = 410 公里。

不跳出自己的坐标系往外看，你单凭做一个射箭、抛小球之类的实验无法区分运动和静止。匀速直线运动和静止没有本质区别，速度都是相对的。
这个其实就是相对论，这就叫“伽利略的相对论”。