用爱因斯坦相对论解释西游记中“天上一天，地上一年”

《西游记》作为中国古代四大名著之一，书中的故事不仅妙趣横生、引人入胜，就连里面的人物、情节、场面，都极尽幻化之能事，甚至还包含了一些现代科学才能解释的科学现象，让人不禁感慨吴承恩那天马行空的想象力。以前看《西游记》，对里面“天上一日，下界一年”的说法充满了浓厚的兴趣，认为吴承恩的这种幻想几乎超越了人类的想象力，直到学了高中物理之后，才认为这个天才的幻想其实是一种科学的真实。

“天上一日，下界一年”的说法第一次出现是在《西游记》第四回“官封弼马心何足，名注齐天意未宁”，孙悟空知道弼马温职位太低后，一怒之下回到了花果山，一群猴都来叩头，迎接进洞天深处，请猴王高登宝位，一壁厢办酒接风都道：“恭喜大王，上界去十数年，想必得意荣归也？”猴王道：“我才半月有馀，那里有十数年？”众猴道：“大王，你在天上，不觉时辰。天上一日，就是下界一年哩。”

怎样解释这个现象呢？为此，小编可是煞费苦心，用了整整一天的时间又复习了高中时候所学的爱因斯坦的相对论，当年读书也没那么刻苦。

在狭义相对论中，光速是一定的，是测量时、空的共同尺子，时、空的变化在此共尺上表现依存规律，即遵从洛伦兹变换，时、空的测量数值是相对于具体惯性系的。所以，时间和空间不是独立的、绝对的，而是相互关联的、可变的，任何一方的变化都包含着对方的变化。

这个听起来很难理解，没有关系，当年爱因思坦跟当时世界顶尖物理学家们讲也只有四个还是十个人能听懂一点。这里有个经典的例子，不过为了形象化用球比作了光子。

小明在行进的火车上拍皮球，拍两下，把皮球。看做一个光子，在小明看来这个光子走的路程就是手掌到火车地板的距离的2倍，按2米算。

这时候在站台上，有一个小强朋友，他看到皮球的运动轨迹跟小明的不一样（小明看到的是垂直的一上一下:“II”）,因为火车有一个向前的速度，所以小强看到的是“V”这个轨迹，这个轨迹就不是2m了，考虑到角度、速度的影响，姑且按2.5m算吧，

那么，我们来算算在同一个事件上（皮球从手中掉到火车地面，弹起到小明手中）他们看到光子所需的时间是多少吧：t(明)=2/c ，t(强)=2.5/c。这里小强看到的光子所用的时间要长，也就是说时间变慢了，原因就是同一件事不在同一惯性系中，小明的惯性系是火车，而小强的惯性系是站台。

“天上一日，下界一年”也是同样的道理， “天上”是一个惯性系，“下界”是另外一个惯性系。设你处在“下界”感到“天上一天”的时间流逝为t（86400×365秒），而天上神仙感觉时间流逝为t0（86400秒），光速为c（3×10^8米／秒），天上神仙的速度为v。

根据洛仑兹时间变换（即不同惯性系下的时间变换）公式t＝t0* √(1-v^2/c^2) ，求得v=299998874.1米／秒，接近于光速。

也就是说如果“天上一日，下界一年”的话，那么天上神仙相对于下界的运动速度要接近光速才行。但是这个时候的质量由于相对膨胀而接近正无穷大，神仙能不能做到不知道，反正人类目前还无法将人这样重的物体加速到光的速度。

英国著名物理学家史蒂芬·霍金曾经说，如果能打造一艘接近光速在宇宙飞行的太空船，那么这时在太空船上过一天，就等于地上过一年，霍金将这艘巨型飞船称为“相对论飞船”。其实，霍金的这种设想在几百年前的中国就已经有了，吴承恩《西游记》中的“天上”就像这个“相对论飞船”，相对于“下界”，“天上”的飞行速度已接近光速。

爱因斯坦的狭义相对论，我们可以用一句最简单的话来概括，虽然这种方法从科学的角度来讲可能不是很严谨，但更有利于我们这些非爱因斯坦人士的理解。那就是当一个惯性系相对于另一个惯性系速度越大时，完成同一件事情所用的时间就越少。“天上”整体速度快，所用时间就少，“下界”整体速度慢，所用时间就多，所以会让人感觉时间流逝的慢，当“天庭”速度相对于“下界”达到光速时，就是所谓的“天上一日，下界一年”。