什麼是相對論?愛因斯坦到底破解了什麼秘密?

在愛因斯坦生前，他就因創造了相對論而家喻戶曉。他所到之處，全世界都颳起了「愛因斯坦旋風」。但是當時的民眾對什麼是相對論並不了解。甚至是一些學術人員也是霧裡看花。有一次，愛因斯坦被邀請到加州大學演講，下面坐了一圈他的粉絲，都是大學生。大學生們就問愛因斯坦，據說相對論非常的晦澀難懂，您能不能簡單地描述一下它到底是什麼意思？愛因斯坦沉思了片刻，對他們說，現在我和一位漂亮的妙齡金髮女郎坐在一起聊天，哪怕時間過去了1個小時，我也感覺僅僅過去了3分鐘。我又面對著一個燃燒著熊熊火焰的火爐，雖然才過去了3分鐘，但是我感覺過去了1個小時。愛因斯坦的這個有趣的比喻引發了哄堂大笑，大學生們紛紛鼓掌。

愛因斯坦（1879年3月14日-1955年4月18日）

其實，愛因斯坦的相對論並沒有他的比喻那麼簡單。相對論絕非是「靈機一動」的純粹思維產物，而是包含了大量的高等數學。它的基礎是數學，其形式也要數學來表達。很多民科總是喜歡對我說，相對論是偽科學，他們是如何地推翻了相對論，但他們不能出示嚴謹的數學模型，因為他們沒有數學能力，甚至連中學數學能力都不能具備。鑑於相對論的數學過程比較難懂，我就只說說它的原理。

相對論是20世紀物理學革命最偉大成就之一，甚至可以去掉「之一」。相對論學說，可以分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論被理解起來比較簡單一些，據說即使沒有愛因斯坦的存在，再過二三十年，狹義相對論也會出現。但如果沒有愛因斯坦，廣義相對論將不會在幾個世紀內出現。也就是說，僅憑愛因斯坦一個人，他就提前把原本幾個世紀以後才有的科學理論帶到了人間。可見愛因斯坦的天才程度。相對論當然不是真理，但它是迄今為止人類解開宇宙秘密和時空真相最靠譜的工具手段，已經被無數觀測和實驗所證實，也得到了接近一個世紀的技術應用，所以相對論是不可能被「推翻」的，最多是有可能在局部被修正，或者在某些極端應用範疇內被其他科學理論所延伸。

相對論可以分為兩種

先說狹義相對論。狹義相對論的核心觀點是時間與空間結合為時空。在狹義相對論的世界觀裡面，時間和空間都不是可以獨立存在的，二者是一體的關係。這個世界觀與幾千年以來的哲學思想格格不入。哲學家只能從看得見的生活事物來想像，在愛因斯坦這樣的智者面前則什麼都不是。

狹義相對論提出了兩個基本假設：光速不變原理和相對性原理。

光速不變原理，是說真空中的光速對於任何觀察者來說都是相同的。 光速不變原理，在狹義相對論中，指的是無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458 米/秒。這個結論不僅僅是假設，而且是顛撲不破的客觀事實。

麥克斯韋和麥克斯韋方程組（微分形式）

根據麥克斯韋的方程組也能推導出這個結論，如果光速不變原理是錯誤的，意味著麥克斯韋的方程組也是錯誤的。而麥克斯韋的方程組是純粹的數學推導。我們也可以認為愛因斯坦也是基於數學推導出了光速不變原理。

有西方科學家甚至認為，光速不變原理其實不是物理規律，而是比物理規律更高層面的數學規律。比如，為什麼一加一等於二，圓周率π為什麼是3.141592653？因為它們原本就是這樣的，是宇宙最底層的規則，是天之所賦。而光速不變原理就是一種數學規律，而數學規律是不可能被打破的。所以，如果民科想否認相對論，想否認光速不變原理，請首先從數學領域入手。

量子糾纏並沒有否認光速不變原理，因為它們不能傳遞信息

相對性原理在狹義相對論裡面，是說時間在宇宙各處的流逝都是相對的，而不是絕對的。這很難被理解，但確實是真實存在的現象。愛因斯坦在相對論中提出一個關於時間的膨脹效應，他指出時間在不同的慣性系之間是相對存在的，而不是絕對的。愛因斯坦通過推論發現，運動的慣性系時間要比相對靜止的慣性系時間走得要慢，這就是時間的膨脹效應。我們可以理解為：運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鍾走越慢，接近光速時，鍾就幾乎停止了。這一結果來自於尺縮效應的數學方程式：L=L』[1-(V/C)^2]^1/2。

光速不能疊加

而廣義相對論比狹義相對論更加偉大，它的核心觀點是，引力的實質是時空彎曲，這是對引力本質的顛覆性解釋。根據廣義相對論，時空被描繪成類似蹦床的樣子（當然，這僅僅是比喻，並沒有這樣簡單）。理論認為，行星或恆星會對時空的蹦床之網施加作用。

廣義相對論一個突出的、極其富有啟發性的觀點是：所謂引力，並不是像電磁力那樣，由電荷吸引而產生的力，而是四維時空彎曲的結果。物體總是選擇「最短路徑」運動，即物體在四維時空中沿測地線運行，在三維空間中看來，就好像受到某種「吸引力」一樣。而時空之所以會彎曲，是因為巨大質量的物體（如恆星、行星等）「壓」在四維時空中，就像三維空間一個鐵球壓在一塊平整的海綿上，把海綿壓得彎曲了。廣義相對論觀點不需要假設一種額外的、叫做「引力」的東西，引力是時空結構自然而然的表現，因而更簡潔。廣義相對論認為，時間和空間不僅會因大質量物體的存在而彎曲，大質量物體的旋轉還會拖動周圍時空結構發生扭曲。在愛因斯坦的相對論宇宙學模型裡面，大質量天體能扭曲空間，使周圍的物體都沿著這個被彎曲的空間運動，包括光在內。

引力其實是時空彎曲的效應

廣義相對論的引力場方程是引力勢的高度非線性方程；在沒有外力（引力除外）的情況下物體在引力場中沿測地線運動（也就是滿足弱等效原理的自由落體運動）；在弱場和低速近似下廣義相對論近似為牛頓引力和牛頓力學第二定律。廣義相對論已經成為有用的科學理論，影響了人們的世界觀。而GPS時間的校正就是相對論的一個著名的應用。

廣義相對論有著各種預言及其實驗檢驗，例如：廣義協變原理、等效原理、磁型引力（或說引力磁場）效應、時鐘變慢與引力紅移、引力波輻射、光線偏折（引力透鏡）、行星近日點進動、雷達回波的時間延遲、中子星、引力塌縮與黑洞、黑洞熱力學與霍金輻射、大爆炸宇宙模型、計算（數值）廣義相對論、量子引力，等等。

GPS衛星定位系統

遙想1905年，年輕的物理學博士阿爾伯特·愛因斯坦向普魯士科學院遞交了《廣義相對論》。在此之前，科學家們從未見過對現實經驗基礎如此顛覆性的重構。長久以來，在物理學家們的認知中，光都是沿直線傳播的，愛因斯坦的理論則徹底超出了他們的理解範疇。不僅是物理學家不能理解，哲學家們更是對相對論學說嗤之以鼻，他們一向高傲慣了，萬萬不能容忍這一的「異端邪說」。然而，在英國人於1919年組織的一次日食觀測證明，在宇宙範圍內，光確實會彎曲。該觀測實驗的結果被用電報飛速傳遍全世界。一夜之間，愛因斯坦成了家喻戶曉的名字，如果當時有網絡的話，他就是全世界的第一網紅。

迄今為止，愛因斯坦是人類歷史上最傑出的科學家和思想家，他除了相對論，還發明創造了其他重要的科學理論。而自媒體吹捧的尼古拉.特斯拉，只是一名工程師和發明家，他與愛因斯坦二者之間根本不在一個維度。

相對論學說將時空的概念拓展到了整個宇宙，考慮到所有恆星及星系的引力作用，物理學家們就可以利用愛因斯坦的方程式這種有效的工具來確定宇宙本身的結構。

作者：懷疑探索者