【探索】漫谈光锥之内是命运的狭义相对论
嫦娥五号择机返回地球老家已成为板上钉钉的事情；与此同时，九章量子计算机的面世也将人类对宇宙法则的认识推向了一个新的高度。纵观人类近百年来的外太空"历险"史与科学突破史，一个又一个当时被视为不可能的理论，最终都慢慢成为了现实。
超前的理论总是比实验更早出现在科学界。因为理论源于思想家们对宇宙法则的推理，同时论证于严密的数学甚至哲学逻辑。
在很多超前的理论里面，有个玄乎其玄的理论，就是我们的爱因斯坦爷爷提出的狭义相对论。
很多人都听过"狭义相对论"这五个字，但鲜有人知道到底什么是"狭义相对论"。
说起这个，还得提一下那个被红苹果砸"坏了"脑袋的大帅哥——牛顿。就是他，因为研究苹果为什么落地上，而不是飞天上，最后为物理学界贡献了著名的"牛三律（牛顿三定律）"。
牛三律统治了科学界数百年，其奠定的经典力学模型完美解释了小到发动机，大到恒星行星等地外天体的运行规律，可谓窥探到了"上帝"的小秘密。
然而后来，一位叫法拉第的小哥哥玩磁铁的时候发现：当磁铁穿过金属线圈的时候，线圈表面会有电子流动。这一发现，将人类从蒸汽时代带入了电子时代。
电的出现，也引发了整个科学界对微观粒子界的探索。久而久之，通过洛伦兹等一众大佬的反复实验，发现了"上帝"的另一个秘密——光速不变性。即，光的速度在任何情况下都是一样的，不会受到任何介质的影响。比如：空气中的光速和水中的光速是一样的，不会因为水的阻力而变慢。
这么一搞，牛顿大帅哥的牛三律就受到了挑战。
因为牛三律说了：物体在不受任何外力的情况下，总保持静止或匀速运动状态。但如果受到了恒定外力作用，则会在若干外力的合力方向上做匀加速运动。也就是说，力会影响物体的速度。
光，也是一个物体。当穿过水和空气的时候，如果按照牛三律。因为水的阻力更大，所以光在水中的速度应该比在空气中更慢才对。然而，事实并非如此。
这时候，科学界第一次发现了以光为首的微观粒子貌似并不会遵守牛三律。
带着这个问题，天天全球四处出差演讲的爱因斯坦爷爷就在百忙之中开始了他的思考。并用建立理想模型的方式发明了一个叫做"光钟"的计时器。
可以从下图看出，光钟就是一个小瓶子，里面放了一个小球。小球每秒都会在瓶子中上下往返一次。在飞船上的人看到小球移动的路径是上下两条直线。但在外面的人看到的就是两条更长一点的折线。结果导致了相同的时间，对两个不同的观察者来说，完全不相同。
光钟不太好理解。我们换个例子：
如果一个路人甲乘坐一辆超低速列车在铁道上遛弯，并在往车头方向奔跑，路人乙站在地面上观察。按照我们初中所学的相对运动原理，如果路人甲在车上的奔跑速度为5m/s，列车速度为10m/s，那路人乙在地面上看到路人甲的速度应该是10+5=15m/s。
也就是说，10s时间过去以后，路人甲认为自己只跑了50米。
但加上车自己跑的100米，路人乙却认为路人甲已经跑了150米。
这就引发了一个问题：路人甲和路人乙对10s的感受是不一样的！
路人甲的10s只感觉自己毫不费力移动了50米；而在路人乙看来，这10s路人甲以一个不可思议的高速狂奔了150米。
也就是说路人甲眼中的时间是正常的，而路人乙眼中的时间变快了。
当然爱因斯坦爷爷最初的版本并不是上面这样的，而是更加的严密理性，这里为了易懂，进行了一些加工。
在这个模型的基础上，爱因斯坦爷爷经过夜以继日的推导，终于从理论角度证明了"时间"是相对的，并不是固定的，每个人的1秒都有可能是不一样的。之所以我们现在用一样的时钟，一样的时区，仅仅是为了方便管理日常生活而已。
如果将上例中的列车比作光，把路人甲比作一艘飞船，飞船乘坐光前进，就形成了最初版本的"狭义相对论"原理——时间膨胀效应。
还记得那个经典的科幻电影《星际穿越》吗？其中有一个镜头采用的就是爱因斯坦爷爷狭义相对论中的"时间膨胀效应"：在黑洞引力的约束下，整个星球处于时间膨胀状态，当男主和女主着陆1小时并返回轨道飞船后，轨道飞船已经在太空中飘过了25年的时间，飞船中等待接应的帅气小哥哥也已经变成了胡子花白的老爷爷。
"狭义相对论"除了有时间膨胀效应，还包含很多其他研究结论。
比如"长度缩短效应"，当物体移动速度越来越快时，在外边观察它的人会看到它的长度也越来越短（现实生活中亦是如此，只不过速度尺度都太小，肉眼难以分辨出差距而已）；
当它移动速度达到光速时，它将变成1个没有厚度的薄片；这个很好理解：它的头部速度是光速，尾巴速度也是光速，相同的时间后，头和尾巴几乎在同一个位置，长度可以忽略不计，所以看到的就是一个薄片。
而如果它超越了光速，那它将彻底消失。至于去了哪里，这个很难说（因为爱因斯坦爷爷也没研究出来，爱因斯坦爷爷认为光速是宇宙中的极限速度！是个只能被接近，无法被超越的存在）！
"狭义相对论"出现以后，爱因斯坦爷爷的老师对自己学生的远见颇为赞叹，然后利用该原理灵机一动，发明了一个至今依然很牛掰的在二维平面中描述四维时空的模型：光锥。
光锥阐述了宇宙中的一切事件都是随时间推移，向四周扩散的，随着时间的增加，事件的影响范围也变大，把每个时间段内的范围叠在一起，最后就形成了一个锥形。
原点是事件的开始，那时间增加的方向就是这个事件的未来，时间减小的方向就是这个事件过去。这个事件的起因和对未来造成的所有影响都在这个锥形对以内。
举个简单地例子：离我们5光年（光传播5年的距离）外的一个恒星爆炸了。因为距离太远，所以该恒星爆炸以后我们并不能立即知道这个信息（在光锥之外），而5年以后，该恒星爆炸的光芒才终于传到了地球，我们才知道它5年前已经爆炸了（进入光锥）。
所以，我们目前观测到的整个宇宙，都是由无数个类似的光锥叠加而成的"虚幻"，离我们越远的天体，我们观测到的就是越早之前的它传来的影子，而不是现在的它。
因为光速无法超越，遥远的宇宙中可能正在爆发着什么，未来必将影响到我们，可是我们尚不知道，冥冥之中，某些将要发生的事情已经注定。所以科学界对于光锥一直流行着一句很理性又很无奈的谚语："光锥之内，就是命运"
"狭义相对论"的出现对人类认识世界的方式产生了十分重大的影响。也让人类探索太空有了更多的信心。为人类的科学方向提供的新的航向。这主要表现在它创造性的想象力和实验结论的准确性上。
比如了解了时间膨胀效应，人类就可以想办法研究接近光速的飞船。那样的话访问距离光年计的外星球也不过是分分钟的事情（至少不用担心要在飞船里面冬眠几百年）。
甚至人们研究太空航行的基本方式也会转变，比如飞船的动力系统不再使用物理燃料（因为无法接近光速），而是用其他的基于如何接近光速这一目的的推动方式，比如现在部分科幻小说中提到的：空间扭曲（虫洞）、暗物质湮灭等。
希望有生之年能感受一次时间膨胀，或者要求低一点，看到一次关于时间膨胀全流程演示的小实验。我对科学家们大有信心，大家觉得呢？
