《相对论究竟是什么》：世界是一个迷人的谜，穿越也是有条件的

我们眼中的世界，真实、清晰、确定，但是那是在我们不去思考这一切司空见惯是为什么的情况下。这就像你站在一座谜一般的城堡外面的时候，你看到的是确定的一座建筑，但只要你对这座建筑感兴趣，你就有可能会仔细观察，提出一个一个的问题。

但是很多人，可能提出一个又一个的问题，都没有找到进入这座城的那扇门，而偶尔有几个奇迹般的人找到了那扇门，并带领着我们把它打开的时候，可能会发现，门里边面对的是更多的门，仍等待着我们去开启，我们对这座城还是一无所知。

在21世纪，科学探索已经取得了长足的进步，给这个世界带来翻天覆地的变化，但是我们发现，我们就像刚刚进入一座迷宫，根本没有得到多少实际的东西，总是面对着一扇扇的未解之门，它们都有待开启。而在开启一扇门之后，才知道在这扇门后藏着更多的门，等待着我们去开启，我们还是对这座城堡一无所知。

它的矛盾之处就在于，你对它一无所知的时候，会满含信心，觉得自己可以做到无所不知，但一旦你对它知道了一点之后，你就会发现自己有多无知，而且你知道的越多，越发会感觉自己的无知。这就是宇宙的奥妙与神秘之处，它就像一个恶意的玩笑，没有结果、没有尽头、没有对错，每一次认知的提升都是对前一次认知的颠覆，而非补充！

古时候人们笑话南辕北辙，现在可能有人会笑话你不知道终点就是原点，世界没有对错，只有你对认知的局限！相对论是什么？没有人真正知道。因为它是世界上一个难懂的物理学概念，如果人人都懂了，它就有可能再一次被完全颠覆，显然，现在还远远不是时候。

正因为你不懂，它又被这个世界证实完全正确，它才是那么迷人。相对论是爱因斯坦提出来的，在爱因斯坦之前，牛顿发现了万有引力，改变了整个人类对世界的看法，但是相对论完全颠覆了万有引力，它甚至可以将万有引力的影响忽略不计。经过所有后来的研究结论和观测事实证明，爱因斯坦的相对论是正确的，但这并不妨碍牛顿万有引力的正确。难道你不觉得这是矛盾的吗？所以这这就是探索的迷人之处，你既可以否定它，但是又你不得不肯定它。

相对于牛顿的万有引力，爱因斯坦的相对论更难懂，用爱因斯坦本人的话说，“世界上可能只有12个人能够看懂相对论”，而这12个人仅仅只是有可能？那相对能究竟讲了些什么，又为什么这么难懂呢？

事隔相对论横空出世100多年之久，前物理学家、现科学作家万维钢先生在《相对论究竟是什么》这本书中，像我们详细的阐述了相对论理论的横空出世，以及对世界原有认知的颠覆，既包括了相对论的所指内容，也有它逐渐被后来的事实被证明正确的结果。

一、狭义相对论

相对论有两个理论，一个是狭义相对论，一个是广义相对论。

狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出来的，那一年许多颠覆认知的观点被爱因斯坦像写专栏一样的发表了出来，那一年被称为了“爱因斯坦奇迹年”。

狭义相对论的观点是：一切匀速直线运动或者静止的坐标系下，物理定律都是一样的。

这个怎么理解呢？

我们知道牛顿定律说，在没有外力作用的情况下，任何一个物体将会保持匀速直线运动或者静止。力不是使物体运动，而只是改变物体的运动方式（运动或静止、匀速或变速）。

我们说一个物体运动或静止，是相对于一个参照物来说的，选择不同的参照物，看同一个物体就会有不同的运动状态，所以我们可以这样说，这个世界上没有绝对的静止也没有绝对的运动，一切都是相对的。

就比如速度，你的速度只能是，你当时做某件事用去的时间，跟你当时做的事情的总量之比，所以每个人有每个人的速度，每件事情有每件事情的速度，一个人在不同的时间段做的相同事情，也会有不同的速度。

然而，在科学家的测算中，光速永远不变。这在我们的常识认知中，怎么可能？！但无论如何计算，如何观测，最终的结果就是这么反常。

既然光速永远不变，那么就只能够是总路程和总时间进行了变化，为什么会出现这种情况呢？

狭义相对论就解决了这个问题。因为空间尺寸是相对的。

爱因斯坦用狭义相对论证明了时间膨胀和长度收缩这两个效应。

因为空间的长短也好，时间的快慢也好，都跟坐标系有关。不同坐标系中的观测者看到的时间和空间是不一样的。高速运动的物体时间会变慢，高速运动的物体距离会缩短。

既然时间和距离在不同的空间可以变化，那么光速不变就可以理解了。但是我们平常所做的事情，所走的路程等等问题为什么会出现一个不停变化着的相对速度呢？

那是因为我们是在一种低速的运行空间和环境之下，我们从没有试着达到光速和接近光速这样的速度，而如果一旦高速运动到接近光速，时间和空间就有可能发生改变。

光速是299，792，458米/秒，没有任何速度会超过光速。所以光速在所有坐标下都是一样的。

这就是像在说，我们这个宇宙其实是一个计算机模拟，因为系统的计算能力有限，所以必须给光速设一个上限。任何物体一旦接近或达到光速，就会发生时间、距离、质量的改变。

也许大家对时间和空间改变最感兴趣的就是时空穿越了，它是如何做到同时又不同时的？

这里我们必须要知道有一个叫做“光锥”的概念。以现时为起点，它有一个过去也有一个未来，在光锥之内发生的事件，与现时的世界，它有一个先后的顺序。但在光锥之外所发生的事件，与现时事件，没有任何逻辑上的限制，它可以发生在任何时候。

就比如《枕上书》的阿兰若事件。凤九进入阿兰若之梦，她必须按照阿兰若的生命轨迹运行，这包括所有进入阿兰若之梦的人和事，所以连帝君也不能突破这层限制。

但是在阿兰若梦境之外的人或事，这完全不受其控制，它可以发生在阿兰若之梦的任何时候。比如梦外等候的连三殿下和小燕魔君。

所以这个同时不同时也是相对的，它相对于的是“光维”。

光速永远无法超越，任何速度都不可能超过光速，如果是超高速运动，就会发生时间和距离的改变。光速永远不变，高速运动的物体，质量会变重而无法永远加速。

这就是狭义相对论的原理，一切匀速直线运动或者静止的坐标系下，物理定律都是一样的。突破了牛顿定律专指在没有外力作用的情况下，一个物体会保持匀速直线运动或者静止的运动状态，而扩大到所有坐标系下，一切物理定律都一样。

相同是一定的，不同只是相对的。如果双方打破对方的时空，才会感觉到这种变化。就如凤九不进入阿兰若之梦，她感觉到的时光流逝和连三殿下是一样的，但是当她进入阿兰若梦境之后再回来，就不同了。她在阿兰若梦境里面，经历的是阿兰若的一生，而连三公子在梦境之外经历的时间只以天计。

这就是同时不同时的奥妙，因为他们在不同时空当中。

二、广义相对论

狭义相对论证明了一切匀速直线运动或者静止的坐标系下，物理定律都是一样的。这已经够让人震撼的，但是爱因斯坦就是爱因斯坦，他并不满足于此，他希望把这个理论再向前推进一步，获得更统一的宇宙观。

不负所望，十年后，爱因斯坦的广义相对论再次横空出世，震撼了整个世界。

广义相对论是指：在所有的坐标系上，物理定律都是一样的。

这怎么可能？！

在狭义相对论，坐标是有条件的，它必须是在匀速直线或静止的坐标系内，但是这一次，爱因斯坦把它推到了“在所有坐标系”这一个前所未有的广度上。

这一次他是从自由落体开始研究。

很多科学家都观测过，一轻一重的两个铁球从高空落下，他们会同时着地。这说明在引力作用下，所有物体的加速度都是一样的，为什么会这样呢？

我们计算一个物体的引力的时候，需要用这个物体的质量乘以引力系数，但是如果说如果说引力与物体的质量有关，为什么所有物体的加速度都是9.8m/s，却与物体的质量没有关系呢？

也就是说为什么惯性质量等于引力质量呢？

站在地面上，你能实实在在的感受到引力的存在，但是，你只要随便进行一个自由落体的运动，引力对你来说就不存在。如果说一个东西是真实存在的，他又怎么可能在静止坐标系下就有，在一个加速坐标系上就没有了呢？

爱因斯坦用一个测地线原理，解释了这种情况。

测地线原理：在任何平面内，两点之间都有一条最直的线。

我们知道在一个很平的平面之内，两点之间直线最短。但是这一个曲面的平面之上，两点之间我们也可以确定一条最直的线，证明它最短。所以任何面两点之间，都可以确定一条最直的线，并且得知这条最直的线，它的距离是最短的。

因此这就解释了，为什么两个不同质量的物体，它引力的加速度都是一样的。因为几乎不存在引力，自由落体不是在外力影响的情况下运动，而是一个物体总是会沿着时空中它的测地线运动，是一种自然的运动形式。

这说明了什么呢？

说明了时空是弯曲的。

广义相对论认为，一个有质量的物质，会弯曲它周围的时空。

一个有质量的物体，不仅仅在弯曲着时空。而且在它弯曲着周围时空的同时，也在受其它有质量的物体弯曲的时空下运动。不同质量的物体，只是弯曲时空的程度不同而已。时空的形状由所有这些物质共同决定，然后所有物质都沿着自己周围时空的测地线运动。

所以说这个世界上几乎就不存存着引力，所谓自由运动只是因为时空的弯曲。说的严格一点，在局部，引力根本就不存在，在大尺度范围，引力根本就不是力，而是一种如自由落体一样的自由运动。

也就是说，自由落体运动，跟直线运动、跟静止，没有本质区别。

为什么引力质量会正好等于惯性质量，为什么一处轻一重的两个铁球会同时着地？广义相对论给出了解释：因为只要质量没有达到能够跟地球相提并论、足以显著影响周围时空的形状的程度，测地线就只跟物体的初始速度有关，跟质量无关。

但广义相对论要解决的唯一问题就是：时空真的是弯曲的吗？

我们可以这样假设：

1、月亮围绕地球转，地球围绕太阳转，太阳围绕银河系转，这一切都是引力在起作用，那么引力场就足够强，宇宙空间就会渐渐缩小，直到最后它就会形成一个球面。

2、而如果引力场比较弱，宇宙物质就会不断分散，形成一个如马鞍转的曲面。

3、如果引力不大不小，与在宇宙中另一种斥力保持平衡，宇宙空间就会是一张平直的空间。

然而在后来，有两位科学家观测到了宇宙的红移现象，证明了每个星体都在逐渐远离，这就说明了宇宙中引力场非常弱。既然宇宙星体是一个越来越分散的状态，这正好说明了宇宙空间就是一个曲面！

这完全合乎爱因斯坦的猜想，事实再一次证明了爱因斯坦的正确性。

那为什么在我们生存的这个地球上引力是起作用的呢？因为我们所在的是一个极小的、低速运转的局部空间，引力当然是起作用的，但是在整个宇宙中来说，引力是非常小的，几乎可以忽略不计，它并不能决定所有的宇宙运动。

大多数的高质量的物体运动，都不是靠引力决定的，而是近似于一种自由落体的运动。因为空间是一个不规则的曲面，物体的运动速度并不一定要靠外力来实现。就像水可以自由地流下任一个方向，但是却不是向四面流淌的，它只会永远选择一个方向，一次又一次的从这个方向流出去开拓新的进程。这也许跟测地线原理毫无二致。

相对论博大精深、晦涩难懂，但是也并不一定非常难懂，只不过是要稍稍颠覆一下你的世界观，只要你接受时空尺寸是相对的，你就能接受狭义相对论，只要你接受时空是可以弯曲的，你就能接受广义相对论。

因为这些骇人听闻的猜想，是我们以前想都不敢想的事情，但是爱因斯坦却想到了。但更诡异的是，不仅爱因斯坦想到了，而且还被后来的科学观测和研究事实证明了爱因斯坦是对的。

这种匪夷所思，你接受，也就懂了它，你不接受，你就永远都不会明白。但事实是，不管你接不接受，世界就是这样子的，他不需要你的选择和认可，就真真实实的摆在你的面前。

蚂蚁怎么能够理解山崩地裂的大运作？这就如我们怎么能够理解宇宙的运行一样。我们不懂，只是因为相对于宇宙来说，我们太渺小。