《十分钟内让你理解相对论》
一、光速不变。
假设一列火车以时速300公里往北跑，一辆汽车以时速150公里也往北跑，汽车里的人会发现，火车的速度是每小时150公里。结论就是：物体运动的速度不仅取决于他自身的速度，也取决于观察者的运动速度。
这个结论只适用于低速运动的物体（比如火车、比如地球的运动等），一旦速度加快到光速（每秒三十万公里）或者接近光速，这个日常经验就失效了，因为大量精确的实验验证了：光速是不变的。也就是说，光速是个固定值，是个常数，它不随着观察者的运动而改变。
再次举例：假设一束光以每秒30万公里往北运动，一艘宇宙飞船以每秒15万公里也往北运动，宇宙飞船里面的人会发现这束光多快呢？照我们的日常经验来看，这束光的速度应该是每秒钟15万公里。错！宇宙飞船里面的人会发现，这束光的速度仍然是每秒钟30万公里。
假设一列火车以时速300公里往北跑，一辆汽车以时速150公里也往北跑，汽车里的人会发现，火车的速度是每小时150公里。结论就是：物体运动的速度不仅取决于他自身的速度，也取决于观察者的运动速度。
这个结论只适用于低速运动的物体（比如火车、比如地球的运动等），一旦速度加快到光速（每秒三十万公里）或者接近光速，这个日常经验就失效了，因为大量精确的实验验证了：光速是不变的。也就是说，光速是个固定值，是个常数，它不随着观察者的运动而改变。
再次举例：假设一束光以每秒30万公里往北运动，一艘宇宙飞船以每秒15万公里也往北运动，宇宙飞船里面的人会发现这束光多快呢？照我们的日常经验来看，这束光的速度应该是每秒钟15万公里。错！宇宙飞船里面的人会发现，这束光的速度仍然是每秒钟30万公里。
二、狭义相对论。
狭义相对论很短，只有几页。它要表达的意思更短，只有一句话：不管观察者如何运动，被观察的光速不变。从这句看似简单的话可以得出一些非常奇妙的结论，这些结论严重违背了我们的日常经验，但现在都被证明是正确的。
再次举例：假设一束光以每秒30万公里往北运动，一艘宇宙飞船以每秒15万公里也往北运动，在地球上静止不动的人看来，一秒钟后，宇宙飞船距离那束光15万公里。记住：是1秒钟后！！！
但是，宇宙飞船里面的人会感觉这段时间是多长呢？现在的已知条件是：宇宙飞船距离那束光15万公里，光速是每秒钟30万公里。则：
15万公里除以时间=30万公里除以1秒钟
则：时间等于0.5秒
也就是说，地球上的人过去了一秒钟，以时速15万公里运动的人会感觉时间只过去了半秒钟。
结论：速度可以改变时间。你运动的越快，时间会过得越慢。当你以光速运动时，时间就会静止。
再次举例：博尔特以每秒10米参加百米赛跑，旁边为他加油的人过去1秒钟后，博尔特只感觉过去了三十万分之299990秒，也就是0.99996667秒。百米赛跑结束后，博尔特比我们年轻了0.0003333秒。
狭义相对论很短，只有几页。它要表达的意思更短，只有一句话：不管观察者如何运动，被观察的光速不变。从这句看似简单的话可以得出一些非常奇妙的结论，这些结论严重违背了我们的日常经验，但现在都被证明是正确的。
再次举例：假设一束光以每秒30万公里往北运动，一艘宇宙飞船以每秒15万公里也往北运动，在地球上静止不动的人看来，一秒钟后，宇宙飞船距离那束光15万公里。记住：是1秒钟后！！！
但是，宇宙飞船里面的人会感觉这段时间是多长呢？现在的已知条件是：宇宙飞船距离那束光15万公里，光速是每秒钟30万公里。则：
15万公里除以时间=30万公里除以1秒钟
则：时间等于0.5秒
也就是说，地球上的人过去了一秒钟，以时速15万公里运动的人会感觉时间只过去了半秒钟。
结论：速度可以改变时间。你运动的越快，时间会过得越慢。当你以光速运动时，时间就会静止。
再次举例：博尔特以每秒10米参加百米赛跑，旁边为他加油的人过去1秒钟后，博尔特只感觉过去了三十万分之299990秒，也就是0.99996667秒。百米赛跑结束后，博尔特比我们年轻了0.0003333秒。
三、等效原理。
假设我们坐在一艘船里，当船匀速行驶的时候，我们不会感觉到船在动。同理，地球以每秒30公里绕太阳公转，并且以每秒500米自转，我们也感觉不到地球在动。
现在假设我们在一部电梯里头，当电梯均匀加速往上走的时候，我们也不会感觉到电梯在动，我们只会感觉到有一股力在把我们往下拉，就像地球的质量把我们固定在地表不让我们脱离地球那样。
爱因斯坦由此推断，速度和质量等效，它们在拉慢时间方面起的作用是一样的。（当然，这方面有个很经典的逻辑推理过程，我就不详述了）
结论：不仅速度可以改变时空，质量也可以改变时空。
假设我们坐在一艘船里，当船匀速行驶的时候，我们不会感觉到船在动。同理，地球以每秒30公里绕太阳公转，并且以每秒500米自转，我们也感觉不到地球在动。
现在假设我们在一部电梯里头，当电梯均匀加速往上走的时候，我们也不会感觉到电梯在动，我们只会感觉到有一股力在把我们往下拉，就像地球的质量把我们固定在地表不让我们脱离地球那样。
爱因斯坦由此推断，速度和质量等效，它们在拉慢时间方面起的作用是一样的。（当然，这方面有个很经典的逻辑推理过程，我就不详述了）
结论：不仅速度可以改变时空，质量也可以改变时空。
四、广义相对论。
质量可以改变时空，把时空拉弯；而且质量越大，时空被拉弯得越厉害。就像速度越快，时间流逝得越慢那样。比如太阳就拉弯了时空，这很像我们在床上放了一个铅球，从而把海绵垫子压出一个坑那样。
爱因斯坦由此得出大胆的结论：引力并不是一种力，实际上它根本就不存在。我们平时看到的地球和行星绕太阳运动的现象，并不是太阳在吸引着它们转动，而是太阳拉弯了时空，地球和行星不得不沿着弯曲的时空转动。
质量可以改变时空，把时空拉弯；而且质量越大，时空被拉弯得越厉害。就像速度越快，时间流逝得越慢那样。比如太阳就拉弯了时空，这很像我们在床上放了一个铅球，从而把海绵垫子压出一个坑那样。
爱因斯坦由此得出大胆的结论：引力并不是一种力，实际上它根本就不存在。我们平时看到的地球和行星绕太阳运动的现象，并不是太阳在吸引着它们转动，而是太阳拉弯了时空，地球和行星不得不沿着弯曲的时空转动。
五、弯曲的时空。
广义相对论有些结论照样超出了我们的日常经验，但后来被一一证实是正确的。
1、恒星的光线经过太阳时，因为太阳拉弯了时空，恒星的光线应该有一个折角，应该向内弯曲。这个效应很难观察到，因为我们只有望向太阳时，才会捕捉到那束恒星射过来的光。但太阳光那么强烈，一定会把那束光掩盖住。不过，发生日全食的时候，太阳光会被遮住，正好可以让我们验证。事实证明，爱因斯坦是正确的。
2、引力波。
两个大质量的天体（比如黑洞）互相碰撞的时候，分别被它们拉弯的时空也会碰撞，从而会形成时空涟漪，逐渐向四周扩散。这就像两粒石子投进平静的水面，形成了两个不断扩散的水波，它们碰撞后的涟漪也会向四周扩散那样。幸运的是，2017年我们的科学家捕捉到了这些时空涟漪。
3、导航卫星绕地球转动时，卫星上携带的时钟比地面上的时钟快。
人造卫星运动速度很快（线速度比地面物体大），时间应该会比地面慢7微秒；但是人造卫星所处的轨道受到的引力又比地面小，所以时间应该比地面快45微秒。两种效应同时存在，相互抵消，因此卫星比地面上的时钟快38微秒。
更多推论不再一一列举。
广义相对论有些结论照样超出了我们的日常经验，但后来被一一证实是正确的。
1、恒星的光线经过太阳时，因为太阳拉弯了时空，恒星的光线应该有一个折角，应该向内弯曲。这个效应很难观察到，因为我们只有望向太阳时，才会捕捉到那束恒星射过来的光。但太阳光那么强烈，一定会把那束光掩盖住。不过，发生日全食的时候，太阳光会被遮住，正好可以让我们验证。事实证明，爱因斯坦是正确的。
2、引力波。
两个大质量的天体（比如黑洞）互相碰撞的时候，分别被它们拉弯的时空也会碰撞，从而会形成时空涟漪，逐渐向四周扩散。这就像两粒石子投进平静的水面，形成了两个不断扩散的水波，它们碰撞后的涟漪也会向四周扩散那样。幸运的是，2017年我们的科学家捕捉到了这些时空涟漪。
3、导航卫星绕地球转动时，卫星上携带的时钟比地面上的时钟快。
人造卫星运动速度很快（线速度比地面物体大），时间应该会比地面慢7微秒；但是人造卫星所处的轨道受到的引力又比地面小，所以时间应该比地面快45微秒。两种效应同时存在，相互抵消，因此卫星比地面上的时钟快38微秒。
更多推论不再一一列举。
我个人认为，理解相对论并不是一件很难的事。前提是，我们要放弃我们的日常经验，而服从科学实验和逻辑推演，从而一步一步找到事物的本质。
@荒漠流浪001 2018-03-17 09:12:12
浅显易懂，不错
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得到您的评价。我非常高兴。我也是个普通人，我知道普通人的思考方式，所以我写每句话之前都在想：大家是否理解这句话？我怎样把这句话说的让大家都能接受？我也知道哪些话不容易被大家接受，所以尽可能用另一种方式让所有人都明白。
这是因为，我也是一步步从科学小白走过来的，哪一步走得比较艰难，我不仅感同身受，也深受其苦。
浅显易懂，不错
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得到您的评价。我非常高兴。我也是个普通人，我知道普通人的思考方式，所以我写每句话之前都在想：大家是否理解这句话？我怎样把这句话说的让大家都能接受？我也知道哪些话不容易被大家接受，所以尽可能用另一种方式让所有人都明白。
这是因为，我也是一步步从科学小白走过来的，哪一步走得比较艰难，我不仅感同身受，也深受其苦。
@发鸽宇 2018-03-17 09:18:22
难得有人讨论这个
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霍金去世，网上都在热议。我也参与了进去。从而萌生了想写这个帖子的念头。因为绝大多数人在没有了解基本的科学概念的情况下就开始议论，这是没有意义的。
难得有人讨论这个
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霍金去世，网上都在热议。我也参与了进去。从而萌生了想写这个帖子的念头。因为绝大多数人在没有了解基本的科学概念的情况下就开始议论，这是没有意义的。
@度人舟 2018-03-17 09:50:04
感觉??和过去传统神话中说的一样。天上一天人间一年，不就是时间过得不统一吗。很奇怪，古人怎么想到的？
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就是这个意思。如果我们以光速旅行100年后回到地球，我们没有丝毫变化，但我们认识的人会变老或者死去。
或者：当我们在一个比地球重得多的星球上生活一段时间后回到地球，我们没有丝毫变化，但我们认识的人会变老或者死去。
感觉??和过去传统神话中说的一样。天上一天人间一年，不就是时间过得不统一吗。很奇怪，古人怎么想到的？
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就是这个意思。如果我们以光速旅行100年后回到地球，我们没有丝毫变化，但我们认识的人会变老或者死去。
或者：当我们在一个比地球重得多的星球上生活一段时间后回到地球，我们没有丝毫变化，但我们认识的人会变老或者死去。
度人舟： 2018-03-17 10:33:09 评论
那样的话，是否可以理解为所谓天堂，就是一个质量相当大的星球，所以时间近乎停滞，所以那里的人类寿命近乎无限？
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如果有一个上帝的视角，像看电影一样看两个不同质量星球上人的生活，则一部电影是正常速度在播放，而另一部电影被按了快进键。但是，对于生活在快进键上的人来说，他的感觉和正常播放是一样的。
这就像蜉蝣的一生。在我们眼里，他们只活了一天。但在他们眼里，它们感觉和我们活了一辈子是一样的。
那样的话，是否可以理解为所谓天堂，就是一个质量相当大的星球，所以时间近乎停滞，所以那里的人类寿命近乎无限？
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如果有一个上帝的视角，像看电影一样看两个不同质量星球上人的生活，则一部电影是正常速度在播放，而另一部电影被按了快进键。但是，对于生活在快进键上的人来说，他的感觉和正常播放是一样的。
这就像蜉蝣的一生。在我们眼里，他们只活了一天。但在他们眼里，它们感觉和我们活了一辈子是一样的。
@白驹过隙任浮沉 2018-03-17 11:42:22
按此人论调，飞行员寿命最长，空间站工作者的计时器是特制的，因为不同步
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空间站的计时器并非特制的，但确实不同步。
按此人论调，飞行员寿命最长，空间站工作者的计时器是特制的，因为不同步
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空间站的计时器并非特制的，但确实不同步。
@趋势先知 2018-03-17 11:38:30
其实现在下结论为时尚早，虽然很多物理观察貌似是正确的。但是其矛盾的地方也很多，只是很多人可以回避而已。
比如大质量物体对光线路径的弯曲（相对论中关于引力透镜效应），太阳这样的普通质量恒星（甚至都算是小的），都能对某光线产生几个角秒的折射，何况哪些超大的恒星以及星系，这还不算所谓的看不见的暗物质。
好吧，我们能观察到的星体其实都是经过大量恒星和星系给弯曲过的光线投射而来。假设一个星体的一......
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你的猜想是对的。理论上也有可能实现。但是如果是同一恒星的不同光线经过几个黑洞的偏折重新回到射向地球的方向，那么这几束光线到达地球的时间是不同的，所以不存在星系被人为地增多或者减少的现象，因为我们设定的星系数量是基于某一个时点的。
其实现在下结论为时尚早，虽然很多物理观察貌似是正确的。但是其矛盾的地方也很多，只是很多人可以回避而已。
比如大质量物体对光线路径的弯曲（相对论中关于引力透镜效应），太阳这样的普通质量恒星（甚至都算是小的），都能对某光线产生几个角秒的折射，何况哪些超大的恒星以及星系，这还不算所谓的看不见的暗物质。
好吧，我们能观察到的星体其实都是经过大量恒星和星系给弯曲过的光线投射而来。假设一个星体的一......
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你的猜想是对的。理论上也有可能实现。但是如果是同一恒星的不同光线经过几个黑洞的偏折重新回到射向地球的方向，那么这几束光线到达地球的时间是不同的，所以不存在星系被人为地增多或者减少的现象，因为我们设定的星系数量是基于某一个时点的。
@趋势先知 2018-03-17 11:38:30
其实现在下结论为时尚早，虽然很多物理观察貌似是正确的。但是其矛盾的地方也很多，只是很多人可以回避而已。
比如大质量物体对光线路径的弯曲（相对论中关于引力透镜效应），太阳这样的普通质量恒星（甚至都算是小的），都能对某光线产生几个角秒的折射，何况哪些超大的恒星以及星系，这还不算所谓的看不见的暗物质。
好吧，我们能观察到的星体其实都是经过大量恒星和星系给弯曲过的光线投射而来。假设一个星体的一......
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重现想了一下，是的，会人为地增加或者减少！我们可以同一时间看到同一星系的不同时段。当然这种概率小得不像样了，考虑到星系和黑洞的数量（数千亿），虽然这个数量大的很，但跟那个小得不像话的概率相乘，得到的数字应该还是不足道。
其实现在下结论为时尚早，虽然很多物理观察貌似是正确的。但是其矛盾的地方也很多，只是很多人可以回避而已。
比如大质量物体对光线路径的弯曲（相对论中关于引力透镜效应），太阳这样的普通质量恒星（甚至都算是小的），都能对某光线产生几个角秒的折射，何况哪些超大的恒星以及星系，这还不算所谓的看不见的暗物质。
好吧，我们能观察到的星体其实都是经过大量恒星和星系给弯曲过的光线投射而来。假设一个星体的一......
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重现想了一下，是的，会人为地增加或者减少！我们可以同一时间看到同一星系的不同时段。当然这种概率小得不像样了，考虑到星系和黑洞的数量（数千亿），虽然这个数量大的很，但跟那个小得不像话的概率相乘，得到的数字应该还是不足道。
@趋势先知 2018-03-17 12:25:19
关于相对论的时间问题，其实很好解释。当然也不是你解释的那样15万公里秒速的物体时间流逝是相对静止的物体的一半，实际是只有达到99%甚至还高的光速度才能达到你说的那种时间流逝。而且这也仅仅是理论上的，你说的那个卫星上的原子钟变化也说明不了什么，当然我没看过这方面的详细的计算，不能判断真假。
其实从爱因斯坦的那个简单的质能方程能看出点端倪，一个物体的质量实际和其表现出来的能量反比的，其比值为光速的......
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确实如此。我只是理解了爱因斯坦的意思，但是具体到公式和计算，我就不懂了。
关于相对论的时间问题，其实很好解释。当然也不是你解释的那样15万公里秒速的物体时间流逝是相对静止的物体的一半，实际是只有达到99%甚至还高的光速度才能达到你说的那种时间流逝。而且这也仅仅是理论上的，你说的那个卫星上的原子钟变化也说明不了什么，当然我没看过这方面的详细的计算，不能判断真假。
其实从爱因斯坦的那个简单的质能方程能看出点端倪，一个物体的质量实际和其表现出来的能量反比的，其比值为光速的......
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确实如此。我只是理解了爱因斯坦的意思，但是具体到公式和计算，我就不懂了。
上面几位网友问到了如何证明速度越快，时间越慢。我查了一下，科学家确实做过类似实验，现在复制粘贴如下：
根据爱因斯坦1905年提出的狭义相对论，处于快速运动状态的表，与构造完全相同、指针在动但表壳本身却处于静止状态的表相比，快动表的指针转动得慢，也就是时间流逝得慢，专业说法是“时间膨胀”效应。对外行人来说，这恐怕是爱因斯坦就时间和空间概念的理论革命所结出的最奇异的一朵花。一分钟的长度和表的运动速度有关，这和我们的直觉相违，也不符合我们的日常经验。尽管如此，时间膨胀效应确实存在。1971年飞机携带原子表的实验就提供了证据。德国物理学家希望了解得更深。现在，他们测到了精度在小数点后10位的时间膨胀效应。
根据爱因斯坦1905年提出的狭义相对论，处于快速运动状态的表，与构造完全相同、指针在动但表壳本身却处于静止状态的表相比，快动表的指针转动得慢，也就是时间流逝得慢，专业说法是“时间膨胀”效应。对外行人来说，这恐怕是爱因斯坦就时间和空间概念的理论革命所结出的最奇异的一朵花。一分钟的长度和表的运动速度有关，这和我们的直觉相违，也不符合我们的日常经验。尽管如此，时间膨胀效应确实存在。1971年飞机携带原子表的实验就提供了证据。德国物理学家希望了解得更深。现在，他们测到了精度在小数点后10位的时间膨胀效应。
@zswlb 2018-03-17 13:47:31
速度改变时间，即可能时间是速度的函数t=f(v)。v=s/t，v=s/f(v)，如何求速度？
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狭义相对论里面有个钟慢效应，或者说时间膨胀公式。你可以找找看。
速度改变时间，即可能时间是速度的函数t=f(v)。v=s/t，v=s/f(v)，如何求速度？
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狭义相对论里面有个钟慢效应，或者说时间膨胀公式。你可以找找看。
有个发表了宇宙无敌能压理论的人在我的帖子里反复捣乱。你不理解相对论可以，你批驳相对论也可以，但请不要妨碍想要学习相对论的人交流。所以把你拉黑。本帖不欢迎这类人。