廣義相對論和狹義相對論

各位同學大家好，今天李金老師來講講相對論。這個理論好像大家都知道一點但是都不能說是很明白，金老師請大家看一段話，你就明白了。

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這回大家懂了不，相對論，就是一個關於時間，空間，引力的理論。李金老師的話來說就是這些玩意兒都不是一個絕對的值，你以為的五分鐘在別的地方可能是五萬年，全都是相對的。此套由愛因斯坦老爺子創建。講到這裡，愛老爺爺怕是被我氣的棺材板都壓不住了，下面來說一點正經的吧

牛頓和愛因斯坦可以說是人類歷史上最重要的兩位物理學家，先來說說牛頓。人類早期的知識體系常常使用「故事」構成理論，採用文字敘述。例如摩尼教提出的基本原則是，認為世界是善與惡的對立，兩股力量不斷作戰，但是並沒有用圖表或者計算方式來說明各方到底有多少力量，人要做出怎樣的選擇。而牛頓叔叔把他通過觀察得出的結論進行量化，並讓我們回到，書寫大自然的語言是數學。他搞出了一些公式，只要將一些量套進去，就能得出一個答案，可真神奇啊。牛頓三定律特別是第二定律（力是運動改變的原因）加上微積分，全面深刻地對我們生活的這個世界的各種現象做出了解釋，奠定了現代科技的基礎，可以認為我們現在享受到的一切便利，都是在牛頓基礎上的發揮。

牛頓的理論在我們可見世界裡從沒出過差錯，直到愛因斯坦的出現，才發現這一切的圖樣圖森破。在講解相對論之前我們來講一個小🌰。假如有一個魚缸，魚缸裡的小A魚對其他魚兒說，你看外面的人都歪七扭八的，長得可真奇怪啊，其他小魚表示附和。小A魚的話引起了小B魚的注意，它研究了一下浴缸裡各種物質的運行並總結出規律，被大家奉為神魚。直到有一天，小C魚通過長期以來的分析推測出，提出了魚缸外部「直線運動」的概念，這時所有魚兒都張大嘴巴，吃驚的吐了幾個泡泡，表示不可思議和。在這個魚缸裡，我們可以說，這個小B魚是牛頓，那麼小C魚就是愛因斯坦。

在牛頓理論所構建的世界中，人們普遍認為存在一個絕對靜止的參照系，各種物體相對這個參照系存在一個絕對的運動，但是這個理論其實只適用於解釋地球上的現象，放之宇宙，有些現象是解釋不通的。所以愛因斯坦對此理論進行了顛覆。相對於牛頓力學，愛因斯坦相對論顛覆性的改變在於否定了絕對時間和絕對參照物的存在，從而改變了我們對空間和時間認知的概念，即時間和空間是物質相互作用的結果，而不是物質相互作用的背景。 

先來說狹義相對論。簡單來說，狹義相對論是一種新的時空觀，在這種時空觀中，物體的運動速度會影響其質量，空間，以及時間。這個看似古怪的理論其實已經經過無數實驗的證明。舉兩個🌰：

狹義相對論中，有一個著名的時間膨脹效應，就是速度越快，時間越慢。假如李老師現在被派去外太空出差，幾十年後回來，到時候海洋裡的其他小老師已經白髮蒼蒼，滿臉皺紋，但是李老師還保持著年輕的容顏。因為李老師的速度比較快，她的時間相對流逝的慢了。

再舉一個例子，假如你拿著一個時鐘瘋跑，時鐘不僅變慢了，它的質量也變大了。假如你以80%光速狂奔，時鐘的質量會增加2.3倍。 

下面來說說廣義相對論。對於廣義相對論，有一個著名的解釋，「spacetime tells matter how to move; matter tells spacetime how to curve」，來自物理學家Wheeler。意思是，時空決定物質如何運動，物質決定時空如何彎曲。

我們來看一下小海洋曾老師的解釋：

廣義相對論的意思是說，當空間中存在物質和能量的時候，空間就會受到影響而彎曲，質能越大，空間彎曲得越厲害。引力就是這種空間彎曲產生的。換句話說，空間是可彎曲的，引力這種東西我們可以看作它不存在。

我們可以做這樣一個想像，在大片保鮮膜上放一個質量很大的小球，並在保鮮膜上塗滿肥皂水，這樣掉在保鮮膜上的所有東西都會沿著保鮮膜的弧度滑向那個小球。

地球彎曲了地球周圍的時空，使得物體沿著這一時空運動。同理，太陽彎曲了它周圍的時空，所以行星繞著它轉。 

這個理論也很難理解，不過也是被實驗反覆證實的。有一個例子是這樣的，地球同步衛星上的時鐘，按理說應該是跟地球表面相對靜止的，但是實驗發現衛星上的時鐘比地球快一些，因為衛星在比較遠的位置，周圍時空受到地球的彎曲較小。

說了這麼多，是不是愛因斯塔的理論把牛頓推翻了呢？其實不盡然，愛因斯坦只是在其基礎上進行了補充。可以這樣理解，牛頓的萬有引力是相對論的一種近似結果，在地球普遍使用。但是我們也不能說相對論就是一種絕對完美的理論。說不定，愛因斯坦也只是魚缸裡的一隻魚，只不過比其他魚都智慧了一個數量級。如量子理論，又從另一個角度闡述了這個世界，即這個世界本質上是一種概率，不存在絕對的因果關係，這比相對論更進了一步。

從某種角度上來講，相對論對人類生活的影響，不及愛迪生的電燈和牛頓的第二定律，但是卻完全顛覆了我們對這個世界的認識。就像上面魚缸裡的小B魚，如果沒有它，小魚們可能永遠意識不到外面的世界到底是怎樣的。所以，我們小海洋的老師不要做魚缸裡盲目的小金魚，要做那只有趣的小B魚，帶著好奇心探索這世界的奧秘哦。