为什么抛弃时间绝对的观点，就可以解释不同方向射向地球的光速度相同，不与地球运动速度叠加

因为地球的速度非常慢，相较于更快的光速，地球的速度机会可以忽略，所以光的速度不需要加上地球的速度。

因为光的速度是现在宇宙中最快的速度，没有办法再加上速度了。

光速c=299792458m/s=299792.458km/s ，而地球赤道上的自转线速度为 466 m/s。 两者相加 时 地球的速度可以忽略不计。

狭义相对论的两条原理 1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论的奠基性论文《论运动物体的电动力学》。关于狭义相对论的基本原理，他写道： “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的，这两条原理我们规定如下：
1．物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
2．任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”
其中第一条就是相对性原理，第二条是光速不变性。整个狭义相对论就建筑在这两条基本原理上。
爱因斯坦的哲学观念是,自然界应当是和谐而简单的。的确，他的理论常有一种引人注目的特色：出于简单而归于深奥。狭义相对论就是具有这种特色的一个体系。狭义相对论的两条基本原理似乎是并不难接受的“简单事实”，然而它们的推论却根本地改变了牛顿以来物理学的根基。
后面我们将开始这种推论。

爱因斯坦狭义相对论
相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分，狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。广义相对论把相对原理推广到非惯性参照系和弯曲空间，从而建立了新的引力理论。在相对论的建立过程中，爱因斯坦起了主要的作用。
爱因斯坦是美籍德国物理学家。1914年任德国威廉皇帝物理研究所所长和普鲁士科学院院士，1933年因遭纳粹政权迫害迁往美国，任普林斯顿高等研究院主任。1905睥，在他26岁时，法文科学杂志《物理年鉴》刊登了他的一篇论文《论运动物体的电动力学》，这篇论文是关于相对论的第一篇论文，它相当全面地论述了狭义相对论，解决了从19世纪中期开始，许多物理学家都未能解决的有关电动力学以及力学和电动力学结合的问题。
提起狭义相对论，很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象。许多科学幻想作品用它作题材，描写一个人坐火箭遨游太空回来以后，发现自己还很年轻，而孙子已经变成了老头。其实，钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一，它是指物体高速运动的时候，运动物体上的时钟变慢了，尺子变短了。钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果。狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论。实验中发现，高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大。
狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性。它和能量守恒原理融合在一起，质量和能量可以互相转化。如果物质质量是M，光速是C，它所含有的能量是E，那么E=MC 2。这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量，并不等于都可以释放出来，在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来。按这个公式，1克质量相当于9＊10 3焦耳的能量。这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础。
在狭义相对论中，虽然出现了用牛顿力学观点完全不能理解的结论：空间和时间随物质运动而变化，质量随运动而变化，质量和能量的相互转化，但是狭义相对论并不是完全和牛顿力学割裂的，当运动速度远低于光速的时候，狭义相对论的结论和牛顿力学就不会有什么区别。
几十年来的历史发展证明，狭义相对论大大推动了科学进程，成为现代物理学的基本理论之一。
爱因斯坦于1922年12月有4日，在日本京都大学作的题为《我是怎样创立相对论的？》的演讲中，说明了他关于相对论想法的产生和发展过程。他说：“关于我是怎样建立相对论概念这个问题，不太好讲。我的思想曾受到那么多神秘而复杂的事物的启发，每种思想的影响，在生活幸福论概念的发展过程中的不同阶段都不一样……我第一次产生发展相对论的念头是在17年前，我说不准这个想法来自何处，但是我肯定，它包含在运动物体光学性质问题中，光通过以大海洋传播，地球在以太中运动，换句话说，即以太阳对地球运动。我试图在物理文献中寻找以太流动的明显的实验证据，蓝天是没有成功。随后，我想亲自证明以太相对地球的运动，或者说证明地球的运动。当我首次想到这个问题的时候，我不怀疑以太的存在或者地球通过以太的运动。”于是，他设想了一个使用两个热电偶进行的实验：设置一些反光镜，以使从单个光源发出的光在两个不同的方向被反射，一束光平行于地球的运动方向且同向，另一束光逆向而行。如果想象在两个反射光束间的能量差的话，就能用两个热电偶测出产生的热量差。虽然这个实验的想法与迈克尔逊实验非常相似，但是他没有得出结果。
爱因斯坦说：他最初考虑这个问题时，正是学生时代，当时他已经知道了迈克尔逊实验的奇妙结果，他很快就得出结论：如果相信迈克尔逊的零结果，那么关于地球相对以太运动的想法就是错误的。他说道：“这是引导我走向狭义相对论的第一条途径。自那以后，我开始相信，虽然地球围绕太阳转动，但是，地球运动不可能通过任何光学实验探测太阳转动，但是，地球的运动不可能通过任何光学实验探测出来。”
爱因斯坦有机会读了洛伦兹在1895年发表的论文，他讨论并完满解决了u/c的高次项（u为运动物体的速度，c为光速）。然后爱因斯坦试图假定洛伦兹电子方程在真空参照系中有效，也应该在运动物体的参照系中有效，去讲座菲索实验。在那时，爱因斯坦坚信，麦克斯韦－洛伦兹的电动力学方程是正确的。进而这些议程在运动物体参照系中有效的假设导致了光速不变的概念。然而这与经典力学中速度相加原理相违背。
为什么这两个概念互相矛盾。爱因斯坦为了解释它，花了差不多一年的时间试图去修改洛伦兹理论。一个偶然的机会。他在一个朋友的帮助下解决了这一问题。爱因斯坦去问他并交谈讨论了这个困难问题的各个方面，突然爱因斯坦找到了解决所有的困难的办法。他说：“我在五周时间里完成了狭义相对论原理。”
爱因斯坦的理论否定了以太概念，肯定了电磁场是一种独立的、物质存在的特殊形式，并对空间、时间的概念进行了深刻的分析，从而建立了新的时空关系。他1905年的论文被世界公认为第一篇关于相对论的论文，他则是第一位真正的相对论物理学家。

狭义相对论效应
根据狭义相对性原理，惯性系是完全等价的，因此，在同一个惯性系中，存在统一的时间，称为同时性，而相对论证明，在不同的惯性系中，却没有统一的同时性，也就是两个事件(时空点)在一个关性系内同时，在另一个惯性系内就可能不同时，这就是同时的相对性，在惯性系中，同一物理过程的时间进程是完全相同的，如果用同一物理过程来度量时间，就可在整个惯性系中得到统一的时间。在今后的广义相对论中可以知道，非惯性系中，时空是不均匀的，也就是说，在同一非惯性系中，没有统一的时间，因此不能建立统一的同时性。
相对论导出了不同惯性系之间时间进度的关系，发现运动的惯性系时间进度慢，这就是所谓的钟慢效应。可以通俗的理解为，运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了。
尺子的长度就是在一惯性系中"同时"得到的两个端点的坐标值的差。由于"同时"的相对性，不同惯性系中测量的长度也不同。相对论证明，在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，这就是所谓的尺缩效应，当速度接近光速时，尺子缩成一个点。
由以上陈述可知，钟慢和尺缩的原理就是时间进度有相对性。也就是说，时间进度与参考系有关。这就从根本上否定了牛顿的绝对时空观，相对论认为，绝对时间是不存在的，然而时间仍是个客观量。比如在下期将讨论的双生子理想实验中，哥哥乘飞船回来后是15岁，弟弟可能已经是45岁了，说明时间是相对的，但哥哥的确是活了15年，弟弟也的确认为自己活了45年，这是与参考系无关的，时间又是"绝对的"。这说明，不论物体运动状态如何，它本身所经历的时间是一个客观量，是绝对的，这称为固有时。也就是说，无论你以什么形式运动，你都认为你喝咖啡的速度很正常，你的生活规律都没有被打乱，但别人可能看到你喝咖啡用了100年，而从放下杯子到寿终正寝只用了一秒钟。

时钟佯谬或双生子佯谬
相对论诞生后，曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题---双生子佯谬。一对双生子A和B，A在地球上，B乘火箭去做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦由相对论断言，二人经历的时间不同，重逢时B将比A年轻。许多人有疑问，认为A看B在运动，B看A也在运动，为什么不能是A比B年轻呢?由于地球可近似为惯性系，B要经历加速与减速过程，是变加速运动参考系，真正讨论起来非常复杂，因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论。如果用时空图和世界线的概念讨论此问题就简便多了，只是要用到许多数学知识和公式。在此只是用语言来描述一种最简单的情形。不过只用语言无法更详细说明细节，有兴趣的请参考一些相对论书籍。我们的结论是，无论在那个参考系中，B都比A年轻。
为使问题简化，只讨论这种情形，火箭经过极短时间加速到亚光速，飞行一段时间后，用极短时间掉头，又飞行一段时间，用极短时间减速与地球相遇。这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响。在地球参考系中很好讨论，火箭始终是动钟，重逢时B比A年轻。在火箭参考系内，地球在匀速过程中是动钟，时间进程比火箭内慢，但最关键的地方是火箭掉头的过程。在掉头过程中，地球由火箭后方很远的地方经过极短的时间划过半个圆周，到达火箭的前方很远的地方。这是一个"超光速"过程。只是这种超光速与相对论并不矛盾，这种"超光速"并不能传递任何信息，不是真正意义上的超光速。如果没有这个掉头过程，火箭与地球就不能相遇，由于不同的参考系没有统一的时间，因此无法比较他们的年龄，只有在他们相遇时才可以比较。火箭掉头后，B不能直接接受A的信息，因为信息传递需要时间。B看到的实际过程是在掉头过程中，地球的时间进度猛地加快了。在B看来，A现实比B年轻，接着在掉头时迅速衰老，返航时，A又比自己衰老的慢了。重逢时，自己仍比A年轻。也就是说，相对论不存在逻辑上的矛盾。

相对论要求物理定律要在坐标变换(洛伦兹变化)下保持不变。经典电磁理论可以不加修改而纳入相对论框架，而牛顿力学只在伽利略变换中形势不变，在洛伦兹变换下原本简洁的形式变得极为复杂。因此经典力学与要进行修改，修改后的力学体系在洛伦兹变换下形势不变，称为相对论力学。
狭义相对论建立以后，对物理学起到了巨大的推动作用。并且深入到量子力学的范围，成为研究高速粒子不可缺少的理论，而且取得了丰硕的成果。然而在成功的背后，却有两个遗留下的原则性问题没有解决。第一个是惯性系所引起的困难。抛弃了绝对时空后，惯性系成了无法定义的概念。我们可以说惯性系是惯性定律在其中成立的参考系。惯性定律的实质是一个不受外力的物体保持静止或匀速直线运动的状态。然而"不受外力"是什么意思?只能说，不受外力是指一个物体能在惯性系中静止或匀速直线运动。这样，惯性系的定义就陷入了逻辑循环，这样的定义是无用的。我们总能找到非常近似的惯性系，但宇宙中却不存在真正的惯性系，整个理论如同建筑在沙滩上一般。第二个是万有引力引起的困难。万有引力定律与绝对时空紧密相连，必须修正，但将其修改为洛伦兹变换下形势不变的任何企图都失败了，万有引力无法纳入狭义相对论的框架。当时物理界只发现了万有引力和电磁力两种力，其中一种就冒出来捣乱，情况当然不会令人满意。
爱因斯坦只用了几个星期就建立起了狭义相对论，然而为解决这两个困难，建立起广义相对论却用了整整十年时间。为解决第一个问题，爱因斯坦干脆取消了惯性系在理论中的特殊地位，把相对性原理推广到非惯性系。因此第一个问题转化为非惯性系的时空结构问题。在非惯性系中遇到的第一只拦路虎就是惯性力。在深入研究了惯性力后，提出了著名的等性原理，发现参考系问题有可能和引力问题一并解决。几经曲折，爱因斯坦终于建立了完整的广义相对论。广义相对论让所有物理学家大吃一惊，引力远比想象中的复杂的多。至今为止爱因斯坦的场方程也只得到了为数不多的几个确定解。它那优美的数学形式至今令物理学家们叹为观止。就在广义相对论取得巨大成就的同时，由哥本哈根学派创立并发展的量子力学也取得了重大突破。然而物理学家们很快发现，两大理论并不相容，至少有一个需要修改。于是引发了那场著名的论战：爱因斯坦VS哥本哈根学派。直到现在争论还没有停止，只是越来越多的物理学家更倾向量子理论。爱因斯坦为解决这一问题耗费了后半生三十年光阴却一无所获。不过他的工作为物理学家们指明了方向：建立包含四种作用力的超统一理论。目前学术界公认的最有希望的候选者是超弦理论与超膜理论。

狭义相对论指出，如果一个物体运动速度越快时间流逝的就越慢，当一个物体的运动速度达到光速时，那么它的时间几乎就是静止的了，所以如果电影里的人能够到达织女星，那他乘坐的一定是光速飞船，所以时间相对于她就慢了，而地球上的人仍然按照普通时间为单位，所以就产生了这样的效果

说了这么多废话!狭义相对论指出，一个人运动速度越快,这个人的时间就越慢，当一个物体的运动速度达到光速时，那么他的时间就是静止.举个通俗的例子:你看到一个物体,是因为它发光,但是如果你以光速远离这个物体运动,你就不会看到它,假如物体在0.1s发出一束光,那么0.1秒前发出的光你永远看不到,就是说0.1秒你是永远过不了的,所以对你来说,时间就停止了.如果小于光速,那么样道理,时间会缩短.就好比你看到一辆火车过来时,如果你以火车的速度与它同向运动,那火车就不会超过你.如果不理解光记那些公式是没用的.

有一种理解的办法.所谓时间是通过电子的运动来表现的.电子围绕原子核的速度几乎等于光速.而原子核的移动速度就是我们平时所见的宏观物体的运动速度.那么原子核的速度相对电子几乎可以忽略.然而,当一个物体以接近光速的速度运动时,它的原子核和电子一样也是以光速运动.这是我们就可以认为电子相对原子核静止了.既然电子是时间的表现,那么此时对这个物体来说时间也就停止了.

我接着谈时空，，今天的一秒是：“滴答” 。昨天的一秒是“ 滴。。。。答” ，曾经有个时候，1秒是 “滴。。。。。。。。。。。。。” 没有“答”。 空间是在膨胀的。以前的空间比今天小，曾经有个时候，空间是没有的。。。。 这就是宇宙大爆炸前的景象。 后来“答”来了。时间前进拉，空间来拉，本来应该有11维的宇宙，由于某种概率事件，出现了现在的4维空间。其他维数在微观世界中存在，宏观中不体现。 既然我们的世界是某种概率的可能性，那么就有其他维数的宇宙可能存在。 回到你的话题中，平行宇宙让我们最好理解，其实不会这么简单，人类总是用人类的逻辑来看这个宇宙，这个宇宙分成了2部分，一个是有理宇宙，符合逻辑的，一个是无理宇宙，不符合人类逻辑的。 宇宙是有序向无序发展的。就像水分子扩散一样，只有一个规矩，就是无规则的运动。既然无规则是宇宙的最终目的，我们生活在有理的宇宙中，我们还得讲理。于是就有各种理论出台了，你的观点也代表了一种理，对错要用实践来证明。意识是可以通过物质进行传递。你有一个苹果，我有一个苹果，我们交换苹果，你我各还是一个苹果。但你有一种思想，我有一种思想，我们交换后，你我各有2种思想，这是意识不同于物质的地方。思想意识中存在复制修改，平行宇宙是指各种可能的结果，都可以共存，和思想意识有相同的地方，这就是为什么人们能接受所谓平行的宇宙的观念。但意识的产物，正确与否，需要论证，不是所有的思想都是正确的。

本人是个好奇心无比大的人，所以对于时空是怎么回事、这个世界凭什么这样而不是那样特别有兴趣。
　　 本人也是个特别喜欢上网络看帖子的人，发现一但讨论微观和宏观的物质世界，大家在认识这个世界的观念上，大部分还停留在80多年前，甚至100年前。于是很想和大家切磋下这方面的认识，可惜自己数学学得不好，一直没敢怎么说，因为怕说错了挨砖头，现在憋不住了，挨就挨吧，拍我我也还是要说，而且，网络世界无奇不有，肯定有些牛人懂得我所不懂得的东西，这不正是我所求的么？
　　言归正传。关于相对论，在中国流行一个很吓人的传说，算是彻底把这个理论放到天上去了，搞的很多人都敬而远之。基本版本是这样的：话说大师爱因斯坦在一帮高智商的人中演讲相对论，结果听懂的人居然廖廖无几。于是，听懂相对论的人成了天才的标志。
　　这其实呢，相对论这玩艺远远没有那么复杂，如果听懂了是天才，那么我这么家伙岂不就是天才？ 我说是，广大网民也不答应滴，砖头在等着呢！
　　至少在相对论之前，所有的地球人都还认为， 只要钟的质量足够好，就能完全准确的测量两个事件相差多少时间，也就是无论怎么测量，事情发生的时间间隔都一样，不管在哪里，由谁来测，时间的间隔总是一样的。或许，在大家看来，这就是理所当然的。
　　如果我们只是用时间来度量上班是否迟到，飞机是否误点，这种时间观念是没有什么问题的。问题是，速度大到光那么快，这种观念就值得商榷了。麦克斯韦理论证明光是用固定速度运行的。但我们知道一个现在的基本常识：速度是相对的，正如汽车跑着看火车和在路边看火车，火车的速度不一样。 既然光是固定速度跑，那就得说明白了，光是相对什么以光速运行的呢？
　　当时，富有想象力的一些人（想象力非常的重要），认为，有种叫“以太”的玩艺充斥整个空间，包括真空空间。甚至认为地球太阳这么大的天体也丝毫不能干扰“以太”的稳定。既然光是种波，而且我们当时所认识的波几乎都在某种介质中传播，那么恰好，“以太”理论满足了光和射线传播所需要的介质。好了，当时人们几乎就这么定了：光是在以太中传播滴！！光的速度是相对以太而言滴！
　　 但在1887年，两个美国人做的实验，彻底，完全的，大痛人心的揭穿了“以太”的谎言。
　　很显然，如果以太存在，那么自行车屁股后面带个朝后的电灯筒往前骑，开电筒的情况下岂不是跑到比光快？也就是说，我们人会发现，不同方向的光，相对运动着的我们的速度是不一样的。因为人也在以太中运动，光也在以太中传播，既然光相对以太是速度一定，那么相对运动的我们，光速显然是不同的！根据这个推论，在地球通过以太介质运动方向的光和与地球垂直方向的光的速度是不一样的 。
　　当时美国科学家阿尔波特.迈克尔孙和他一个同伙做了一个实验，大大的让他俩吃了一惊—他们也相信以太，可是实验证明，与地球运动同向的光和垂直地球的光的速度是一样的！完全一样！
　　当时人们还是没有放弃“以太”。
　　 但天下第一牛人的理论出现了，这个人是爱因斯坦。1905年，伟大的爱因斯坦在文章中指出：如果抛弃绝对时间观念，以太就是个累赘。存在是很荒谬的。
　　 这里必须提出来一种很有用的思考方法：剃刀原理。这个思考工具、指导思想非常厉害；帮了牛顿，帮了伽利略，也帮了爱因斯坦，还帮了侦探们的大忙，我们也要好好学学：如无必要，勿增实体。
　　什么意思呢？就是如果解释一件事情，某种推断反而使得事情越发复杂，就舍弃这推断。换句话说，如果没必要罗嗦，就不要啰嗦。 再简单点：事情说得越简单越好。
　　爱因斯坦的这个抛弃绝对时间的观念，就是被称为相对论的核心内容。
　　这个理论的基础理论公式众所周知：e=m乘以c的平方。也就是能量等于质量乘以光速的平方。
　　也就是说，能量和质量是有关系的，这个公式表明，有质量的物体在运动中，质量是增加的。换句话说，加速一个有质量的物体，会增加物体的质量。
　　 问题是，物体速度足够大才有实际意义。一个物体每秒速度达到3万公里，他的质量增加还不足200分之1。 而且这个公式显示，当速度接近光速时，质量是无穷大的。
　　这里爱因斯坦设定了一个限制，没有那种有质量的物体的速度是超过光速度的。
　　 这个理论得出了一个很革命的推论：
　　在我们较容易理解的牛顿的理论中，由于时间是恒定的，光的出发和结束点两个不同的观测者对光到底用了多少时间是统一的。但，空间是相对的，如果我们对时间花费意见统一，那么我们会发现，我们对我们的距离到底是多远测得的值不一样了！（请注意，要考虑假设地球是在以太中运行的！） 于是，不同的观测者，测的光速不一样了。
　　 可是在相对论中。所有的观测者都认为，光速是固定的，（这符合实验结果），然而，光进行的距离他们却不能取得统一，这样，显然，光花了多少时间走完这个距离，也不确定了。（ 记住，要逆向思维！ 因为空间是相对的，这个我们应该清楚，正如在运速的飞机里，你感觉不到飞行，因为牛顿原理就告诉我们，运动是相对的。速度恒定的话，只能是时间不确定。 因为速度等于光运行的距离除时间。）
　　于是，天那！ 相对论让我们认为是常识的时间恒定成为错误！耶！太棒了！
　　于是，相对于我们每个人，观察一件事情，都有我们自己的一个钟。都有自己的时间标准。而且这些钟，居然走的不一样！ 我们是我们自己时间的主人! 虽然我们地球上的每个“钟”相差不大。
　　后来，有科学家做了一个时间塔。精确的发现，塔顶和塔底的时间走的有微妙的不同。
　　再后来，飞船上天了。我们激动的证明了，宇航员的时间走动比地球上的人慢一些。

　　这个形式简洁优美的理论蕴藏了太多令人惊讶的内容，100年来，人们时时从中悟出宇宙层出不穷的奥秘，直到今天，这里还有很多内容没有被我们悟透。

　　文/甘信风

　　相对论的研究对象是超越我们日常经验的高速运动世界和广阔的宇宙，这是我们难以理解相对论的主要原因。

　　自相对论诞生之日起，它所带来的时空观革命就极大地拓展了人类对宇宙的理解。从相对论中，人们发现了时间旅行的奥秘、原子裂变的巨大能量、宇宙的起源和终结、黑洞和暗能量等奇妙现象。几乎宇宙所有的奥秘都隐藏在相对论那几行简单的公式中。

　　时间旅行

　　时间旅行也许意味着可以去修正或改变命运的发展，或是与历史上的风云人物们一起去见证伟大的历史事件；人们当然也有可能去未来旅行，比如去那里了解股市行情，探知科学上的新发现。时间旅行打开了一扇既可以回到过去又可以踏入未来的大门。

　　如果认为时间旅行仅仅只是一个科幻小说的题材，那就大错特错了，因为相对论的思想表明，时间旅行是可能的。

　　狭义相对论证明高速旅行会使时间变慢，假定将来的某个时候，人们已解决了所有的技术难题，能够制造一艘以亚光速飞行的宇宙飞船，一定意义上的时间旅行就变成可能了。如果飞船以亚光速从地球出发向遥远的星系飞去，来回的旅程仅仅几年（按飞船上的时间），但在此期间地球上却已过去了几千年，一切都发生了天翻地覆的变化。如果人类文明依然还存在的话，那又会是一个什么新的模样呢？

　　广义相对论表明，时空可以不是平坦的，而是弯曲的。我们可以在地球与宇宙遥远的地方这两点之间凿出一个虫洞，然后用某种“奇异物质”把洞口撑开，使之成为一个突然出现在宇宙中的超空间管道，让我们在瞬间到达遥远的彼岸。然后当我们返回时，虫洞的奇异性质让我们年轻了很多。

　　广义相对论判定足够的质量能改变和扭曲时空，数学家法兰克·提普勒据此设想了把时空卷起来的时间旅行方法。他认为，如果太空中的一个巨大物体以一半光速旋转，时空便会扭曲折回。因此，只要将来有人制造一个巨大的圆筒，它的长约为直径的10倍，然后使圆筒以15万公里/秒的速度旋转，便会使圆筒中央附近产生一个扭曲折回的时空。

　　要将这圆筒当时间机器使用，宇宙飞船一定要开到圆筒的中心沿圆筒内壁盘旋飞行：逆圆筒旋转的方向航行是驶入过去，顺圆筒旋转的方向航行是驶入未来，每盘旋一周都使宇宙飞船更深入过去或未来一些。时间旅行者到达了目的时间，便将飞船驶离圆筒。有一件必须明了的事是，正像所有理论上的时间机器一样，就是驶向过去无论怎样也不能到达比制成圆筒更早的时间。

　　时间旅行是一个极具幻想色彩、也极具魅力的话题，长期以来，科学家们提出的方案一个又一个，时间旅行可能遇到的问题也被热烈讨论着。总有一天，相对论迷人的光芒会照耀着我们开始真正的时间旅行。

　　原子裂变

　　1905年11月，爱因斯坦同样在德国《物理学纪事》杂志上发表了关于狭义相对论的第二篇文章：《物体的惯性同它所包含的能量有关吗？》，这是一篇短文，在这篇论文中，他提出一个物体的质量并不是恒定不变的，而是随着运动速度的增加而增加。这就是运动中物体的“质增效应”。

　　现在我们想象我们在推一辆小板车，板车很轻，上面什么东西也没有。假设这是一辆在真空中的“理想”板车，没有任何摩擦力、也没有任何阻力，因此，只要我们持续地推它，它的速度就越来越快，但随着时间的推移，它的质量也越来越大，起初像车上堆满了钢铁，然后好像是装着一座喜马拉雅山、再然后好像是装着一个地球、一个太阳系、一个银河系……当小板车接近光速时，好像整个宇宙都装在它上面——它的质量达到无穷大。这时，你无论施加多大力，无论推多长时间，它都不可能运动得再快一些。

　　由此可见，光子既然以光速传播，它的静止质量就必须等于零，否则它的运动质量就会无穷大。

　　当物体运动接近光速时，我们不断地对物体施加外力，供给能量，可物体速度的增加越来越困难，我们施加的能量去哪儿了呢？其实能量并没有消失，而是转化为了质量。这就是说，物体质量的增加与动能增加有着密切联系，或者说物体的质量与能量之间有着密切联系。爱因斯坦在说明这种联系的过程中，提出了著名的质能关系式：E=mc2.

　　能量等于质量乘以光速的平方，即使是在不甚关心其实用价值的纯理论型的物理学家看来也是惊心动魄的，而在绝大多数人眼里，能量等于质量乘以光速的平方，即能量是质量的900万倍，是多么诱人的前景呀！指甲盖般大小的物质的质量如果完全消失，其释放的能量是用以万吨煤炭来计算的。

　　遗憾的是，没人能随便减少质量，譬如一块石头，我们尽可以用锤子砸成小块，然后碾成碎末，可是当你仔细地收集这些碎末后就会发现它的质量并未变化。

　　但是，十几年后的1939年，约里奥·居里、费米、西拉德这三位科学家分别独立发现了链式反应，使人类找到了释放巨大原子能的方法。铀235的核收到中子轰击就会发生裂变，分裂成两个中等质量的新原子核，放出1～3个中子，并释放出巨大能量，这些中子又能引发其它铀核再分裂，如此反复，形成连锁反应，不断释放巨大能量。这就是链式反应。

　　链式反应使原子能成为杀伤力巨大的新武器。仅仅在几年后，人类第一颗原子弹在美国爆炸成功，紧接着日本人遭受了人类历史上最残酷的惩罚，几十万人死伤，其中一部分人瞬间还被原成基本粒子，真成了魂飞魄散。E=mc2在给人间带来希望之前，带来的先是致命的创伤，这一切对于深爱和平的爱因斯坦来说无疑是一记重拳，直至临死前他仍为此痛心不已。

　　宇宙大爆炸

　　令我们这些当代人感到惊诧的是，迟至1917年，那些人类最具智慧的大脑仍然以为我们的银河系就是整个宇宙，而这个银河系大小的宇宙永远都是稳定不变的，既不会变大也不会变小，这就是流传了千百年的稳恒态宇宙观。

　　1917年，爱因斯坦试图根据广义相对论方程推导出整个宇宙的模型，但他发现，在这样一个只有引力作用的模型中，宇宙不是膨胀就是收缩。为了使这个宇宙模型保持静止，爱因斯坦在他的方程里额外增加了一个新的概念——宇宙常数，它表示的是一种斥力，同引力相反，它随着天体之间距离的增大而增强。这是一个假想的、用以抵消引力作用的力。

　　然而，爱因斯坦很快发现自己错了。因为科学家们很快发现，宇宙实际上是膨胀的！

　　最早观察到这一点的是20世纪的天文学之父哈勃。哈勃1889年出生于美国的密苏里州，毕业于芝加哥大学天文系。1929年，哈勃发现所有星系都在远离我们而去，这表明宇宙正在不断膨胀。这种膨胀是一种全空间的均匀膨胀，因此，在任何一点的观测者都会看到完全一样的膨胀，从任何一个星系来看，一切星系都以它为中心向四面散开，越远的星系间彼此散开的速度越大。

　　宇宙的膨胀意味着，在早先，星体相互之间更加靠近，并且在更遥远过去的某一刻，它们似乎在同一个很小的范围内。

　　宇宙膨胀的消息传到著名物理学家伽莫夫那里去的时候，立即引起了这位学者的兴趣。乔治·伽莫夫出生于俄国，自小对诗歌、几何学和物理学都深感兴趣，在大学时期成为物理学家弗里德曼的得意门生。弗里德曼曾在爱因斯坦之后提出了重要的宇宙膨胀模型，伽莫夫也成为宇宙膨胀理论的热心支持人之一。1945年，人类史上第一颗原子弹爆炸成功，看着蘑菇云升起的照片，伽莫夫突发灵感：把原子弹规模“放大”到无穷大，不就成了宇宙爆炸吗？他把核物理知识和宇宙膨胀理论结合起来，逐渐形成了自己的一套大爆炸宇宙理论体系。

　　1948年，伽莫夫和他的学生阿尔法合写了一篇著名论文，系统地提出了宇宙起源和演化的理论。与我们惯常的想法不同，这个创生宇宙的大爆炸不是发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是空间本身在扩展，星系物质随着空间的扩展而分开。

　　根据大爆炸宇宙论，极早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。伽莫夫还作出了一个非凡的预言：我们的宇宙仍沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中，不过温度已降到6K左右。正如一个火炉虽然不再有火了，还可以冒一点热气。

　　1964年，美国贝尔电话公司年轻的工程师——彭齐亚斯和威尔逊，因一次偶然的机会发现了伽莫夫所预言的早期宇宙的残余辐射，经过测量和计算，得出这个残余辐射的温度是2.7K（比伽莫夫预言的温度要低），一般称为3K宇宙微波背景辐射。这一发现有力的佐证了宇宙大爆炸理论。

　　广义相对论的智慧之处就在于，它从诞生起就能描述整个完整的宇宙，即使那些未知的领域也被全部囊括进去。让它对付像太阳系这样小小的、很普通的时空领域可真是大材小用了。

　　宇宙常数死而复生——暗能量

　　在发现了宇宙膨胀这个事实后，爱因斯坦就急急忙忙把他方程中的宇宙常数项去掉了，并认为宇宙常数是他“一生中最大的错误”。随后，宇宙常数被抛进历史的垃圾堆。

　　然而造化弄人，几十年后，宇宙常数又像鬼魂般的复活了。这次宇宙常数的复活要归因于暗能量的发现。

　　1998年，天文学家们发现，宇宙不只是在膨胀，而且在以前所未有的加速度向外扩张，所有遥远的星系远离我们的速度越来越快。那么一定有某种隐藏的力量在暗中把星系相互以加速膨胀的方式撕扯开来，这是一种具有排斥力的能量，科学家们把它称为“暗能量”。近年来，科学家们通过各种的观测和计算证实，暗能量不仅存在，而且在宇宙中占主导地位，它的总量约达到宇宙总量的73%，而宇宙中的暗物质约占23%、普通物质仅约占4%.我们一直以为满天繁星就已经够多了，宇宙中还有什么能比得上它们呢？而现在，我们才发现这满天繁星却是“弱势群体”，剩下的绝大部分都是我们知之甚少或干脆一无所知的，这怎么不让人感到惊心动魄呢！

　　事实上，早在1930年，就有天体物理学家指出，爱因斯坦那加入了宇宙常数的宇宙学方程并不能导出完全静态的宇宙：因为引力和宇宙常数是不稳定的平衡，一个小小的扰动就能导致宇宙失控的膨胀和收缩。而暗能量的发现告诉我们，爱因斯坦那作为与引力相抗衡的宇宙常数不仅确确实实存在，而且大大扰动了我们的宇宙，使宇宙的膨胀速率严重失控。在经历了一系列曲折后，宇宙常数正在时间中复活。

　　宇宙常数今日以暗能量的面目出现在世人面前，它所产生的汹涌澎湃的排斥力已令整个宇宙为之变色！暗能量和引力之间的角力战自宇宙诞生起就没有停止过，在这场漫长的战斗中，最举足轻重的就是彼此的密度。物质的密度随着宇宙膨胀导致的空间增大而递减；但暗能量的密度在宇宙膨胀时，变化得非常缓慢，或者根本保持不变。在很久以前，物质的密度是较大的，因此那时的宇宙是处于减速膨胀的阶段；现今的暗能量密度已经大于物质的密度，排斥力已经从引力手中彻底夺得了控制权，以前所未有的速度推动宇宙膨胀。根据一些科学家的预测，再过200多亿年，宇宙将迎来动荡的末日，恐怖的暗能量终将把所有的星系、恒星、行星一一撕裂，宇宙将只剩下没有尽头的寒冷、黑暗。

　　暗能量的发现，也充分地体现了人类认知过程又走进了一个“悖论怪圈”：即宇宙中所占比例最多的，反而是最迟也是最难为我们所知晓的。一方面人类现在对宇宙奥秘的了解越来越多，另一方面我们所要面对的未知也越来越多。而这日益深远的未知又反过来不断刺激着人类去探索宇宙背后的真相。

　　暗能量是怎么来的？它将如何发展？这已经是21世纪宇宙学所面临的最重大问题之一。

　　黑洞大发现

　　广义相对论表明，引力场可以造成空间弯曲，强大的引力场可以造成强烈的空间弯曲，那么无限强大的引力场会产生什么情况呢？

　　1916年爱因斯坦发表广义相对论后不久，德国物理学家卡尔·史瓦西就用这个理论描绘了一个假设的完全球状星体附近的空间和时间是如何弯曲的。他证明，假如星体质量聚集到一个足够小的球状区域里，比如一个天体的质量与太阳相同，而半径只有3公里时，引力的强烈挤压会使那个天体的密度无限增大，然后产生灾难性的坍塌，使那里的时空变得无限弯曲，在这样的时空中，连光都不能逃逸！由于没有了光信号的联系，这个时空就与外面的时空分割成两个性质不同的区域，那个分割球面就是视界。

　　这就是我们今天耳熟能详的黑洞，但在那个年代，几乎没有人相信有这么奇怪的天体存在，甚至包括爱因斯坦本人和爱丁顿这样的相对论大师也明确表示反对这种怪物，爱因斯坦还说他可以证明没有任何星体可以达到密度无限大。就连黑洞这个名称也是一直到1967年才由美国物理学家惠勒命名。

　　历史当然不会因此而停止前进，时间进入20世纪30年代，美国天文学家钱德拉塞卡提出了著名的“钱德拉塞卡极限”，即：一颗恒星当其氢核燃尽后的质量是太阳质量的 1.44倍以上时，将不可能变成白矮星，而会继续坍塌收缩，变成体积比白矮星更小、密度比白矮星更大的星体，即中子星。1939年，美国物理学家奥本海默进一步证明，一颗恒星当其氢核燃尽后的质量是太阳质量的3倍以上时，其自身引力的作用将能使光线都不能逃出这个星体的范围。

　　随着经验的积累，关于黑洞的理论变得成熟起来，人们从彻底拒绝这个怪物到渐渐相信它，到20世纪60年代，人们已普遍接受黑洞的概念，黑洞的奥秘被逐渐研究出来。

　　严格而言，黑洞并不是通常意义下的“星”， 而只是空间的一个区域。这是与我们日常宇宙空间互不连通的区域，黑洞视界将这两个区域隔绝开，在视界以外，可以由光信号在任意距离上相互联系，这就是我们所居住的正常宇宙；而在视界以内，光线并不能自由地从一个地方传播到另一个地方，而是都朝向中心集聚，事件之间的联系受到严格限制，这就是黑洞。

　　在黑洞的内部，物体向黑洞坠落的过程中，潮汐力越来越大，在中心区域，引力和起潮力都是无限大。因此，在黑洞中心，除了质量、电荷和角动量以外，物质其他特性全部丧失，原子、分子等等都将不复存在！在这种情形下，无法谈论黑洞的哪一部分物质，黑洞是一个统一体！

　　在黑洞中心，全部物质被极为紧密地挤压成为一个体积无限趋近于零的几何点，任何强大的力量都不可能把它们分开，这就是所谓的“奇点”状态。广义相对论无法对此进行考察，而必须代之以新的正确理论——量子理论。讽刺的是，广义相对论给我们导出了一个黑洞，却在黑洞的奇点之处失效，量子理论取而代之，而量子理论和相对论却根本互不相容！

相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”，“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。

狭义相对论

狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。

广义相对论

广义相对论是爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10-12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。

好多人都是没文化的，曲解相对论，瞎BB放神论！！

相对论里面的时间，是指相对时间，不是绝对时间！
比如你以光速飞离太阳系，太阳光的光子以光速跟着你飞，两个速度相等。
当你飞1天，你看到的是1天前的太阳光；
当你飞1个月，你看到的是1个月前的太阳光；
当你飞1年，你看到的是1年前的太阳光。
这3个光，实际上是同一个光！假如有光子的话，你看到的是同一个光子。
假如你以2倍速度光速飞离太阳系，飞行一年以后，你追上2年前的太阳发出的光子，那你就看到了2年前的太阳画面，好像时间倒流了，但是实际上这跟看录像没有什么区别。你永远无法看到未来，因为未来太阳光还没发出来呢！如果你以光速飞离太阳1年，再飞回来，对你来说是过去2年，太阳也是过去2年，这没有任何区别。这世界上每一个物体，都有一个自己的时间，这个时间永远在流逝，不可能停止或者倒流。你能看到房间里的一切，是因为这房间里的所有物体恰好都处于同一个时间线，而不是同一个时间内存在这些物体，这两者是有区别的。

小爱不是这么说的，意思是当人类的速度趋近于光速或超越光速，时间和空间会发生扭曲。。。。。。

狭义相对论是以无引力条件下光传播特性的分析。而广义相论是有引力情况下光传播特性推导。
两理论对光的特性得出截然相反的对论来。 狭义相对论认为，光的传播是一恒定值，无论是光源的运动，还是观测者的运动，所得到的结果是一致的。也就是说，无论是光源运动，还是观测者运动。对光源的各方向的观测者得到的测定数值是一致的。就是一恒定值C。它与光源的运动速度与运动方向无关，这也就是绝对光速与光的各向同性的由来。 广义相对论认为：光的传播要受到万有引力的作用，由于光子会受到万有引力的作用，光子的引力场的如同一个自由落体一样，这会有同样的下落速度。必须的结论是，光的传播速度是引力场中是各向异性的。在引力场方向，光速有每秒9.8米的加速度，逆引力场方向，光有相同的减速度。结论为：引力场中光速是各向异性的。也就是光在引力场中的传播速度视与引力场的方向而定。

光速不变原理。
在狭义相对论中，指的是无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。
爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》，提到光速问题的话有四段：
“光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着，这速度同发射体的运动状态无关。”
对于狭义相对论的一些推论，例如同时的相对性，时间的相对性，等，大家都可以根据光速不变原理推出来，但是，对于光速不变原理却是不太理解。如果观察者是运动的，那么光速应该发生改变呀？对于这一点，许多教师授课的时候，只是说光速不变，根据光速不变原理，真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，这是由联立求解麦克斯韦方程组得到的，并为迈克尔逊—莫雷实验所证实的，所以没错的。然后根据光速不变原理推出同时的相对性，时间的相对性等。
这一章就主要讲解光速不变，为什么不变的问题。 狭义相对论的两个假设，相对性原理与光速不变假设。后来我们把光速不变假设称作光速不变原理。
我们对这两条假设的理解应该是这样的，1，相对性原理说的是光速不变，这个光速不变说的是光源的运动对光速没有影响；2，光速不变假设说的是麦克斯韦方程组得到的光速不变，即即c^2=1/(εμ)，光波的速度由真空介电常数与磁导率决定；这个光速不变也说的是光源的运动对光速没有影响。
就是说，光速不变分为相对性原理中的光速不变与麦克斯韦方程组中的光速不变。
两个光速不变是一样的吗？如果根据相对性原理中的光速不变与麦克斯韦方程组中的光速不变说的都是光源的运动对光速没有影响，所以两个光速不变是一样的，只是叫法不同。那就错了。 因为，相对性原理中的光速不变指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，惯性系的运动是惯性系中所有物体所共有的，光源与惯性系一起运动，光与惯性系一起运动，或许可以这样说，光源的运动能够带动光与光源一起运动。光是从光源发出的，向各个方向的速度是C.而麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，光源的运动不能带动光与光源一起运动。光是从闪光的地点发出的，向各个方向的速度是C。所以这是两不同的光速不变。 相对性原理中的光速不变对应的物理现象是迈克尔逊莫雷实验，迈克尔逊莫雷实验中地球是运动的，但光速不能证明地球是运动的，因为地球的运动是地球上的物体所共有的，包括光。就是说地球带着光一起运动。麦克斯韦方程组得出的光速不变，对应的物理现象是双星现象，光行差现象，双星现象中，光源的运动对光速没有影响，光源不能带动光与光源一起运动。光行差现象中观察者的运动不能带动光与观察者一起运动。
这样，把光速不变分为两个光速不变， ‘真空中的光速对任何观察者来说都是相同的’ 就好理解了。真空中的光速对与介质的观察者来说是静止的，这个好理解。那么对与运动的观察者来说为什么也是不变呢？
这个运动的观察者又分为两种，1，是同时的相对性中所举例子，如果把车下的观察者看成运动的观察者，那么光速不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变；如果把车上的观察者看成运动的观察者，那么光速不变是根据相对性原理中的光速不变。就是说真空中的光速对任何观察者来说都是相同的，这是根据不同的原理引出的，一个根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，一个是根据相对性原理得出的光速不变。
根据光速不变分为麦克斯韦方程组得出的光速不变和相对性原理中得出的光速不变，我们就可以分析狭义相对论的正确与否了。 在同时的相对性中，车上的观察者认为光速不变指的是相对性原理中的光速不变；车下的观察者认为光速不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变。车下的观察者如果也采用相对性原理中的光速不变，那么我们就会得出光速是可变的。就是说车下的观察者必须用麦克斯韦方程组得出的光速不变即火车的运动不能带动光一起运动，才能得出同时的相对性。而麦克斯韦方程组得出的光速不变与相对性原理中的光速不变是两个完全不同甚至相反的结论，因为相对性原理中的光速不变，火车的运动能带动光一起运动。
假设这里能够相互混用，并且是不矛盾的，那么在时间的相对中，我们又是如何建立的呢？车下的观察者还是采用的麦克斯韦方程组得出的光速不变吗？不是的。车下的观察者并没有根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，来分析问题。如果根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，我们就会得出光是从闪光的地点发出的，光不随着火车一起运动，所以不能得出时间具有相对性。车上的观察者根据相对性原理中光速不变，描述光的运动，而车下的观察者什么也没有根据，直接就说光会斜线射到反射板。‘光会斜线射到反射板’这个好像是绝对空间伽利略变换中才有的现象。
在光传播的过程中，一般情况下，光上变化的电磁场与观察者是相互静止的，例如双星现象中，此时光上变化的电磁场与观察者之间的相对空间间隔是不变，光以波速C的传播不改变光上变化的电磁场与观察者之间的相对空间间隔。有时候，光上变化的电磁场与观察者之间的空间间隔是变化的，例如光行差现象中，由于观察者的运动造成光上变化的电磁场与观察者之间的空间间隔发生变化；迈克尔逊莫雷实验中，在观察者看来是由于光上变化的电磁场随着介质随着地球参考系一起运动造成的。 就说说我们正确理解了‘真空中的光速对任何观察者来说都是相同的’就会发现这说的是光在介质中传播的速度，我们可以叫做光自身的速度。光还有光与观察者的相对速度。光与观察者的相对速度由光自身的速度与观察者的速度共同决定，就是两者的矢量差。
本文主要思想取自《狭义相对论讲义之光速不变》与《歪解光速不变原理》 参考文献：【1】《狭义相对论讲义之光速不变》吴兴广【2】《歪解光速不变原理》吴兴广【3】《狭义相对论讲义之同时的相对性》【4】《同时的相对性与摆的等时性的分析》【5】《相对运动使用的是牛顿运动定律的类似定律》