终于把相对论说得清楚而简单了，中学生也可以轻松理解

终于把相对论说得清楚而简单了，中学生也可以轻松理解

爱因斯坦建立了两个相对论理论；广义和狭义。

两者都涉及时间和空间，有运动和速度的狭义相对论，有时空和引力的广义相对论。这里我们将重点讨论狭义相对论。这篇文章不会解释质能方程。

爱因斯坦从两个公理开始。

第一条公理：绝对运动不能被证明。

绝对运动是指一个物体可以说是在没有任何参照系的情况下运动。

例如，如果你自己漂浮在一个没有人也没有其他东西的永无止境的空白中；没有角落或其他任何因素，如果你试图移动，你无法确定你是否移动，因为你没有什么可以参考。如果你在地板上行走，地板就是一个参照系，但这不是绝对运动，因为你在相对地板而运动。

只能说一个物体相对于另一个物体在运动。现在我正坐在办公桌前，一辆车从外面开过。是车相对于我移动还是我相对于它移动？因为我坐在一个有桌子、椅子和灯的房间里，和我一样静止不动，汽车以同样的速度远离我们，所以可以说，汽车是相对于我移动的，而不是我相对于汽车移动的。

如果车停了，我们俩都不动了吗？我们都是静止的，但相对于彼此，我们是静止的。我们都坐在地球上，地球以每秒几十公里的速度在太空中移动。可以说是地球相对于太阳移动，所以即使自己和车都不是彼此相对移动，我们在地球上相对于太阳在移动。

爱因斯坦的第一个公理表明所有运动都是相对的。

第二个公理：光速是恒定的。

引申式：光速在真空中是恒定的，并且对于宇宙中所有的观察者都是一样的，不管观察者或光源的运动速度是多少。

说光速是恒定的一开始听起来没什么了不起的。它只是说光总是以相同的速度传播。一旦我们开始思考这意味着什么，一些不可思议的后果就会出现。

光速是每秒299,792,458米。为了方便起见，我们把它近似为300000km / s。

这是不可思议的，如果你能以光速飞行，你可以在一秒钟内环绕地球7圈多一点。你可以在1.3秒内到达月球，3分钟内到达火星，8.20分钟内到达太阳。

光速既不加速也不减速。它总是以一种被称为“C”的恒定速度运行，或者被称为宇宙速度极限。对于所有的观察者来说，光速必须保持恒定。光的速度对所有观察者都是一样的，不管观察者的速度有多快，也就是说，如果你站着不动，光就会以30万公里/秒的速度远离你。

也就是说，如果你以每小时100公里的速度行驶，光仍然以每秒30万公里的速度远离你。更进一步，如果你以290000公里/秒的速度飞行，光仍然会以300000公里/秒的速度远离你。

但这是怎么回事呢？如果你以95%的光速飞行，它怎么还能以30万公里每秒的速度远离你呢？如果你在追逐一个光的粒子，并且以290000公里/秒的速度前进，它难道不是以每秒1万公里的速度远离你？它仍然以30万公里/秒的速度远离你！!

这怎么可能？

速度

我们用距离除以时间来测量速度。如果你走了120公里，花了2小时，你就以每小时60公里的速度行驶。

我们可以做一个简单的思想实验来证明速度是一个概念和光速的恒定。

想象两个镜子正对着彼此，一个在上面，一个在下面。现在想象一个光粒子从一面镜子传播到另一面镜子。我们称这种粒子为“光子”。镜子会反射光线，所以光子会在它们之间来回反射。

现在我们来测量一下。实际的测量单位不重要，假设镜子之间有1米的距离。光子离开一面镜子到达另一面镜子时移动了1米。

我们还需要加上一个时间单位。想象一下上面的时钟测量光子传播1米所需的时间。假设光从一面镜子传播到另一面镜子需要一个时钟周期。所以我们的光束在1个周期的时间内移动了1米。这很简单！

记住，光速是恒定的，它既不加速也不减速，它总是以相同的速度传播。

如果我们让光束保持原样，光子就会永远在两个镜子之间跳来跳去，就像（上图）那样。现在我们为镜子添加一些位置，我们将定义三个点：A、B和C。

想象一下，当光子离开底部的镜子时，顶部的镜子从A点移动到B点。光束离开A点的底部，到达顶部的镜子，当它移动到B点时。

现在，[底部- a到顶部- b]之间的距离显然比[底部- a到顶部- a]之间的距离要长。这也很好理解。

我们说过顶部和底部之间的距离是1m，花费了1个周期的时间。我们可以看到(底部a到顶部b)的距离是1.5米（下图）。

所以光束经过了更长的距离因此到达那里需要更多的时间，对吧?

不是这样的！

这里我们必须记住光速是恒定的。即使旅行的距离变长了。它所花的时间必须是1秒。

记住，速度=距离/时间。我们可以把它变成距离=速度x时间或者时间=距离/速度。速度不能改变，所以我们必须改变其他的东西，因为速度必须保持不变，时间和距离必须改变。

爱因斯坦发现，就像运动一样，时间也不是一个绝对的概念。时间是可塑的，从技术上讲，每个人都有自己的衡量标准。重力影响着时间移动的快慢，因为你脚上的重力比你头上的重力略大(因为你的脚离地心更近)，所以你脚上的时间比你脑袋上的时间移动得慢一点。虽然它是可以忽略不计的。

这种时间拉伸的效应被称为时间膨胀，这正是光子在我们的光时钟中所发生的。光速必须保持恒定，即使它走得更远，它也不能再花更多的时间(它仍然只需要1个周期)，所以时间会延长来补偿。

​乍一看，这个概念似乎令人费解(它确实让我感到困惑)，但它与迄今为止的所有实验都是一致的。根据爱因斯坦的狭义相对论，物体运动得越快，时间就运动得越慢。

这意味着，如果你运动得越快，你变老的速度就越慢，但是人类的移动速度还远远不够快，时间膨胀根本不会产生任何显著的影响。

质能方程的简单介绍

理解相对运动的含义和光的速度的恒定性为理解世界上最著名的方程奠定了基础，但我不能在这里深入讨论它，因为它仍然需要解释几个概念才能完全理解。

只是简单地说质能方程E = mc^2描述静止质量的能量。E是能量，m是质量，c是光速。爱因斯坦发现质量和能量是成比例的，所有的质量都有能量锁在里面。

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