相對論和量子力學是現代科學的兩大基礎，前者顛覆了物理學中的時空觀，後者顛覆了物理學中的因果律。最近看了點相對論和量子力學的書，本文就狹義相對論的思想和概念做個梳理，不涉及數學形式-偏微分方程的推導。這是一篇讀書筆記，就是撿我覺得重點的寫一寫，有疑惑或不了解的背景知識，你得去問度娘。
本文分以下幾個部分：物理學是什麼；問題的來源，愛因斯坦為什麼要創立狹義相對論；狹義相對論的內容，修正了時間和空間兩個參數；雙生子佯謬；幻想以下時空穿梭。
物理學是什麼
物理學有它自己的研究範疇，超出這個範圍的東西，它只能保持沉默。先掰扯下物理學是什麼，很多疑問都迎刃而解，因為你提出的問題，很可能不在物理學的研究範圍內，那這個問題是沒意義的，你的想法跑偏了。
物理學就是：抽象，假設，建模，邏輯，驗證。
抽象：顧名思義，把事物的象抽走，只留下數理。
象，怎麼理解，什麼是象學思維？象是一個兼具形而上和形而下的概念。相似的結構必然有相似的功能，相似的功能必然有相似的本質。象學思維是用系統論的觀點去整體地看待事物，中醫就是象學思維。人去識別一隻貓，就是象學思維；計算機去識別一隻貓就是數理思維-矩陣運算。
假設：在數理世界中，對研究的問題做簡化，從最基本的公理出發，構建邏輯體系。最基本的公理即是假設。
建模和邏輯：從基本假設出發進行一系列的邏輯推理，形成一個自洽的邏輯體系。以此邏輯體系去判斷事物走向，解決問題，或者做出預言。
驗證：設計科學實驗，或者進行自然觀測。來檢驗以上模型和邏輯判斷的正確性。
物理學就是對現實自然抽象後，從基本假設出發，進行建模，構建一套自洽的邏輯體系，以此邏輯解釋現象或解決問題，並能夠設計實驗驗證其是否正確的學問。
簡單點說，物理學是一套自洽的邏輯體系。
問題的來源，為什麼愛因斯坦要創立狹義相對論
物理學中兩條公認的正確的基本公理，在牛頓力學的框架下，產生了矛盾。
一，相對性原理：若K是一慣性參考系，K'相對於K做勻速直線運動，那麼自然中的普遍定律相對於K或K'，都同樣成立。（這條公理在愛因斯坦狹義相對論出現前就存在了，別被名詞搞懵了）
慣性參考系含義：根據牛頓第一定律，物體在不受任何外力作用下，保持靜止或勻速直線運動狀態。這樣的物體被稱作慣性參考系。當然實際生活中並不存在這樣的參考系，這是物理學的極簡化處理，只存在於物理學的邏輯體系中。工程實踐中，能選到近似的慣性系，誤差允許的範圍內也可以解決問題。
相對性原理被大量的事實實驗，證明是正確的。
二，光速不變原理：光在真空中的傳播速度是一個常數，跟光源的運動狀態無關。
談到速度，不談參照物，那是耍流氓。單純的講，光在真空中傳播速度是個常數。這句話沒有意義。以誰為參照物，它是常數？你總得測量位移和時間吧，不選參考系，位移和時間測不了，談什麼速度？
還有這種表述，不管相對於什麼參照物，光速在真空中都保持不變。這是扯淡，在廣義相對論中，光會受到地球的引力波，發生偏折，速度就改變了。引力場相當於一個具有加速度的參考系。所以在真空中，選取一個具有加速度是物體做參考系，光速就會發生改變。廣義相對論還沒看完，這段話保留疑問。總之，不管選取什麼參照物，光速都恆定不變，這是扯淡。
所以他喵的，光速不變挺難理解的，似乎確實沒選參考系。我的理解就是，相對於慣性參考系，光速在真空中是一個常數。
好，bug來了。一個人站在鐵軌旁，有一列以速度v勻速行駛的火車，人和火車都是慣性參考系。這個人向火車前進的方向，發出一道光，光相對於人的運動速度是c。光相對於火車的運動速度是多少呢?
根據牛頓力學的疊加原理：光相對於火車的運動速度為c-v。這與光速不變原理，相衝突，光相對於慣性參考系，它的速度是c。
這個邏輯體系不能自洽了。在這個背景下，愛因斯坦才創立了狹義相對論。