框架：

• 引言
• 簡述
• 俠義相對論

(簡述引力、平直與彎曲時空、慣性參考系、光速不變，狹義經典內容)

• 廣義相對論

(廣義經典內容、統合)

• 運用

相對論雖然不一定是大道，但也可以至簡。

不可否認，相對論很經典，但也不至於多數人都看不懂。

經典與看不懂並不掛鉤。

大家認為相對論難懂的原因在於，搞不懂它的邏輯性。

事實上，相對論的邏輯很通俗，可以用通俗易懂的語言邏輯描述出來。

看完這篇文章，我們會徹底瞭解相對論的邏輯性，以及它的內容。

什麼是相對論?

簡速

相對論是告訴你什麼是時間和空間的理論。

愛因斯坦透過對時間和空間的本質推理，提出了狹義相對論和廣義相對論。

推理來源於對兩個偶像：麥克斯韋、牛頓的方程式和定律的思考。

愛因斯坦推理出，時間和空間是相對的、相聯的、客觀不存在的、可變的。

即，時間和空間，在客觀上不存在：一個什麼都沒有的虛空中，不會有一個獨立的時間和空間在那存在和運轉。

時間由物質和能量構成，愛因斯坦如是說。當人們觀察到物質和能量的流動和變化，才感覺到有時間和空間這樣的東西。本質上沒有時間和空間。時間和空間相對於人們(觀察者)才存在。物質、能量等於時間。

時間和空間是一體的，因為你在一米內，奔跑的速度越快，所用的時間就越少，說明時間和空間不可分割，所以時間和空間作為一個整體，叫時空，愛因斯坦說。

當然，每個人所感知到的時空都不同，你感知到的一天可能是13個小時，另一個人感知到的一天可能是25小時；你感覺這房間很寬，另一個人覺得有點窄。

另外，如果你奔跑的速度達到光速，你就可以比別人更年輕，因為你只用很短的時間就到達了未來：你用一分鐘的時間到達了一年後(因為你以光速奔跑)，別人則用了一年。一分鐘以後的你，依然和一分鐘以前的你一樣年輕，別人則比你老了一年。相當於你透過光速奔跑，把時間膨脹了。

以上是愛因斯坦推出的時空理論———時間和空間是相對的、相聯的、客觀不存在的、可變的，叫相對論。

由此得出了狹義相對論和廣義相對論，分別透過不同的條件，論證時空。

根據對時空本質的論證，也得出了“時間膨脹”、“引力的本質”、“速度與質量的關係”等這些理論。

狹義相對論和廣義相對論的區別在於，是否有引力參與(背景彎曲還是平直)。

狹義相對論?

深刻內容在後面，字有點多，慢慢看。

狹義相對論，是討論沒有引力影響下的時空。

沒有引力，即是平直時空。彎曲意味著有引力。時空彎曲與引力的關係很簡單。

愛因斯坦認為，引力由物體的質量和能量，壓彎時空後，其周圍的物體順著壓彎的時空運動產生的結果。(為什麼愛因斯坦這麼認為後面解釋)

引力不是一種力，是時空被壓彎後物體繞這個壓彎的時空行走，使小物體更靠近大物體的一種現象。

時空被壓彎以後，即有引力之後，物體可以在最短的時間和空間內，到達目的的，即引力會膨脹時空：在一個彎曲的時空下，你到達一個地方所用的時間和空間會變小。

你以前從A到B，需要一年，但A、B之間的時空被彎曲後，你透過連結A、B兩頭，走最短路徑，現在只需要一分鐘的時間和100米的路程就可以抵達B。(曲率原理或空間彈跳)

時空彎曲就是引力現象，引力現象就是時空彎曲。

時空彎曲(引力)導致時空膨脹。膨脹的意思是，你把一分鐘的時間效率最大化，就是你一分鐘內做了更多事，或者走了更多路，相當於把一分鐘當兩分鐘使。

狹義相對論所討論的時空，沒有以上引力(彎曲時空)的參與，而是討論平直時空下，時空的相對性、相聯性、客觀不存在性、可變性。

提出狹義時空中，時空相對存在、關聯、可變的前提條件是：

1.光速不變；2.慣性參考系(相當於沒有引力)。(愛因斯坦根據兩個偶像：麥克斯韋、牛頓的方程式和定律提出)

狹義相對論，透過以上兩個條件，論證時空是相對存在的、關聯的、可變的。

我們來深入認知這兩個前提條件，與相對時空的關聯性。

先說什麼是慣性參考系。

慣性，類似於你靜止不動的站著，或者你以均勻的速度跑著，這不受任何力的情況下。你一直在做同樣的事，就是慣性；你對於你所看的物體，就是參考系。

這裡，你先思考一個問題，這個世界上，有沒有絕對靜止不動的物體，或者絕對勻速運動的物體?就是說，有沒有絕對的慣性參考系?(除了光速。後面說明)

沒有。靜止和勻速運動，是相對於一個特定條件的：以地球為參考，你站立在地球上不動，對於其它走路的人來說，你是靜止的；但如果以銀河系為參考，即便你站立在地球上不動，你也跟著地球在動———所以，只有相對的慣性參考系，也叫做俠義相對性原理。

如果說有絕對靜止或勻速運動，你證明證明它不受外力呢?所以沒有絕對的慣性參考系。

你已經理解了什麼是(相對的)慣性參考系。我們再瞭解一下，慣性參考為什麼相當於沒有引力，而後說說什麼是光速不變，最後連貫起來去理解愛因斯坦為什麼透過這兩個條件推出相對時空論。

為什麼慣性參考系相當於沒有引力?因為引力會膨脹時空。而當你在運動時，運動的速度越來越快，即加速度時，也會膨脹時空。

100米內，你跑得越來越快，做加速運動時，你所用的時間會越來越少，你在空間中移動的速度越來越快(縮短空間)，你可以用很短的時、空到達目的的———這跟時空彎曲，即引力帶來的時空膨脹一樣，等效。

所以慣性參考系，就相當於沒有引力(沒有彎曲帶來的時空膨脹)，在平直時空下，討論時空。

這裡你可能有一個問題：加速時，時間變短，你可以理解，空間變短?這……其實也可以理解，後面有具體原因。

引力(彎曲時空)可以膨脹時空，非慣性參考系(加速度)也可以膨脹時空。所以慣性參考系，等同於沒有引力參與———時空平直———在慣性參考系下討論時空的可變性(膨脹)。

狹義相對論的狹義之處就在於，前提是慣性參考系。因為現實世界中，幾乎一切物體都是非慣性參考系(做加、減速運動)，狹義相對論只能以慣性參考系來論證，就顯得有點狹隘，不太能有力證明相對時空論。

不過好在後面提出了廣義相對論———有引力參與或加速度下的，時空。

慣性參考系跟時空相對論有什麼關係?

別急。再說一下什麼是光速不變。

你相信嗎？不管你躺著測量光速，還是飛著測量光速，光速都是大約30萬千米/秒；不管是你看到光，還是狗看到光，都是30萬千米/秒；你帶著手電筒發出的光，在高速運動的飛船內走動，地面上的人所測量到的光速，依然是30萬千米/秒。而你的速度則是飛船的速度加上你在飛船上走動的速度———你的速度會疊加，光速不會。

按牛頓速度疊加定律來說，光如果在飛船運動，人們測量到的速度應該是光速加飛船的速度，可是光很奇怪，光在火車、火箭、飛船、地面，不同光源，測量的都是約30萬千米/秒。

(關於光的本質下期揭秘)

無論在任何慣性參考系中觀察，光在真空中傳播的速度都是約30萬千米/秒，這是愛因斯坦在俠義相對論中所做出的一個假設。

深入的理論來了。

愛因斯坦根據麥克斯韋(電磁)方程式得出一個結論，光速可能是不變的。既然如此，就大膽定義光速不變。

那麼好，物質會不會變?能量會不會變?每個人都知道，物質和能量，每時每刻都在變，可是，光速不變。是不是意味著，光不透過物質和能量傳播?如果光透過隨時變化的物質和能量傳播，光速也會隨物質和能量的變化而變化。但是，光速不變，意味著光的傳播脫離物質和能量，而在真空或者靜止不動的以太中傳播。

可是那會實驗，沒找到以太，所以定義，光在真空中傳播，愛因斯坦推出。

竟然光速是不變的，在真空中傳播，那麼光不就是靜止的，時間等於0。你會認為矛盾，是吧?竟然光有速度，怎麼可能是靜止的呢？

別急，我竟然說了，就會讓你們理解。

我們先來看看什麼是時間。愛因斯坦認為什麼是時間呢？(這對理解光速為什麼沒有時間以及為什麼靜止很重要)

物體是不是有變化速度?能量是不是有變化速度?物體、能量的變化速度有沒有最小值?有。如果沒有最小值，我們就看不到物質、能量的變化。

假設，你是一個物質，你從家到公司是一種變化。你從家到公司的速度，是你的變化速度。你家到公司，有10米，你的速度是1米/秒，也就是說，你10秒到公司。

這時，你要走一秒(或一米)，是不是要先走一秒的一半；走一秒的一半，是不是要先走一半的一半……如果沒有最小的那個速度(時間)單位，你是不是會永遠走一半的一半，從而永遠也跨不出這一秒，然後到第2秒、第3秒、第4秒……第10秒到達公司?是的。

如果你的速度、時間、空間，沒有最小值，你永遠也跨不出任何一步。

這個時間的最小值，叫普朗克時。普朗克時是靜止的此刻。空間也有最小值，和時間的最小值相同。

你會發現，當你變化的過程中，也會伴隨著時間、空間的變化。你變化的速度就是時間、空間的變化速度。也就是說，物質、能量的變化速度，就是時空的變化速度本身，而物質和能量就是時間。(所以從某種意義來說，時間也是長度單位)

所以愛因斯坦才說，“時空由物質和能量構成”，物質和能量的變化，就是時間和空間的變化。

當宇宙中所有物質、能量都靜止，無論在任何參考系下，宏觀或者微觀上，都沒有任何變化，也就沒有時間了。(因為物質、能量不再有過去的狀態和未來的狀態)

好了，我們已經知道，時空是物質、能量的變化速度，而且有最小值。也意味著有最大值，否則無法到達公司，如果沒有最大值，你家和公司就無限遠，需要無限時空、速度。

時空、速度的最小和最大值，就是普朗克時本身。你家到公司的距離，應該按有多少個普朗克時來記。有多少個普朗克時就有多遠，你就需要經歷多少個普朗克時。而每個普朗克時之間的距離是相等的。(這與你跨的大小、速度無關)

那麼，時間和空間有沒有關聯?愛因斯坦認為有，因為：5分鐘內，物質、能量的變化速度越快，所移動的空間越多，；100米內，物質、能量的變化速度越快，所用的時間越少。

那麼，1000米內，你飛的速度越快，你所用的時間就越小，當你的速度達到一定極限(速度、時空為什麼有極限已經說過了，不然邁不出第一步，也無法到達)，比如光速，是不是時間就更小，小到忽略不計，或者說可以不用時間。(因為光速不會變化，所以已經是極限，最大速度時，時間是最小值)

所以為什麼說光速沒有時間，靜止，是這個原因。速度越快，用時越小；達到光速之後，只需要0秒，物質會把空間壓縮，也就是說，你在0秒內，經歷了整個空間。(相當於你此時此刻，存在於所有空間。假如空間是人生，你會同時存在於過去與未來，就好像你靜止了，這也是為什麼叫四維時空論的原因。)

(這也證明，一切都在此時此刻)

而光速不變，意味著光速是最大的速度，時間也就等於0。(光速靜止：比如光是一個人，這個人，沒有時間就代表空間上沒有移動，如果移動就會產生時間，就會有速度，而速度不變，所以它一定靜止，同時，存在於過去和未來)

竟然沒有時間，是不是意味著光在空間上靜止不動———那些科學家找靜止的以太也是這個原因———光竟然靜止，又是電磁波，波應該有傳播介質，如此一來，這個介質(以太)肯定也靜止。

你左看、右看、躺看、飛看，它都不變，是因為光速就是最小的時空單位(普朗克時)本身(也是最大)，即最小(最大)的物質、能量變化速度本身。(光存在於每時每刻)

為什麼速度(或時間)大到一定程度會靜止，小到一定程度也會靜止?即，為什麼最大和最小的速度(或時間)就是靜止?

因為速度(或空間)由每一個最小的單位(普朗克時)組成，而普朗克時之間的距離(或時長)相等，也就是說時間和空間是均勻的，你必須一個普朗克時接一個普朗克時的走，所以無法超越普朗克時。

普朗克時就是光速，所以也無法超越光速。它們都是靜止的當下，時間等於0。(這也是為什麼說你到達光速後時間會停止的原因)

簡單來說，光速是蘋果，普朗克時也是蘋果，這麼說你能否理解?無數光子就是無數普朗克時。

所以你怎麼移動，都是在光速上移動，無法超過光速，因為你移動速度的最小單位普朗克時1E－43秒（即10^-43s)就是光速，即：1E－43秒（即10^-43s)=30萬千米/秒。

(普朗克時=光速。它們都是靜止)

也就是說，你的每個當下由光速組成(普朗克時)，聽起來很不可思議。所以你的速度無法小過光速，也無法大過光速。

聽起來很扯對吧，尤其是無法小過光速。但這是你坐著看、飛著看，光速都不變的原因。你就理解為你無法靜止就可以了。你只能相對地球上的其他人靜止，在宇宙中無法靜止，而光速可以在任何參考系下都可以靜止，也就是不需要參考系。

(因為光速是靜止本身，如同普朗克時)

因為你的速度、人生由每個靜止的當下組成，你的時間、速度、人生，是靜止的集合，因此你無法成為靜止本身，就無法穿越光速，也無法小於光速。就像桌子無法成為自己的桌腿。

靜止的普朗克時就是光速，最大，也最小。光速本身是最大的運動速度，也是最小的運動速度。靜時，你只能靜於普朗克時(光速)，動時，也只能動於普朗克時(光速)。

以上就是愛因斯坦認知到的光速。

現在是時候結合“慣性參考系”了。來認知愛因斯坦為什麼說光速不變、慣性參考系下，時間相對、關聯、可變；為什麼你飛的速度越快，老的越慢、質量越大、長度縮小、時空膨脹……

事實上，看完上面的理論你已經明白了，這裡只是簡單的做一個整理。

我們知道，慣性參考系是，所有物理法則都相同：你在飛船上，感受到5分鐘的時間，和別人在地球上的感受到5分鐘是一樣的，都是5分鐘。

那麼時空怎麼膨脹?就是在這五分鐘內，你到達了一光年以外的地方。平常下，你需要走一光年。相當於你把空間變短了，一光年的距離，用5分鐘走。時間和空間都變短。

把時空變短，等同於把物質和能量變短，因為物質和能量處於時空(物質和能量就是時空)，所以速度越大，質量越大。

物質和能量被短的意思是：你越接近於過去和未來。過去和未來同時存在時，物質、能量已經短到極限。如果人生是一個空間，越變短(或壓縮。壓縮=膨脹)，過去和未來越融為一體，越處於同一時刻，在同一時刻下質量(可以理解為組成物質的原子的數量)就越大。

故，飛船外的人看來，你的飛船的長度縮短了，而事實上，飛船內你並沒有感覺到，不過，你的飛船也不會真的變短。你的飛船在任何情況下，物理法則都一樣。

你越以接近光速飛行，你的時間就越短，你把空間壓縮得就越厲害，越只需要更少的時間走完這個空間(或人生)。當你到達光速，你就只需要0秒，等於不用時間就把整個空間經歷了。那麼就意味著你在此刻當下，存在於所有空間。

你老得更慢，因為你在同一時刻，更快到達了未來。你飛行速度接近光速，把人生壓縮，你可以在5分鐘內到達一年後，一年後的人已經老了，你則跟5分鐘前一樣年輕。當然，1年前的人看來，你只離開了5分鐘，因為慣性參考系下，所有物理法則都相同。

以上就是愛因斯坦的狹義相對論的論證思想。

主要證明“相對”。所以愛因斯坦說，時空是幻相。

你已經明白了，對吧。

下期分享廣義相對論。