深层解读相对论“时间膨胀效应”：宇宙万物的速度其实都是光速C

尽管爱因斯坦的相对论已经诞生一百多年了，但仍旧有很多人并不了解相对论，尤其是在网络上，更是充斥着对相对论的质疑，质疑本身并没有错，但如果在根本不了解相对论的情况下，仅凭个人感觉和爱好就去质疑相对论，那就毫无意义了，纯属找存在感而已！

相对论中的“时间膨胀”让很多人感到困惑：时间不应该是绝对的吗？为何说速度越快，时间就越慢呢？

其实，“时间膨胀效应”并不难理解，并不需要什么高深的知识，甚至只需要初中数学知识就能够快速理解。下面就简单分析一下为何速度会影响时间的快慢！

假设一辆汽车以速度V行驶，汽车里有一个人手里拿着手电筒垂直朝上，打开手电筒。由于光速不变原理，无论汽车如何运动，光的速度都是光速。

所以，我们假设以汽车为参照系时，手电筒的光垂直飞行一段距离用时为t，而以地面为参照系用时为t'。

以汽车为参照系时，光飞行的距离为ct。而以地面为参照系时，距离为ct'，汽车行驶的距离为vt。用画图表示出来就很好理解了，如下图：

从图中可以看出，汽车参照系下，光飞行的距离更长，相当于一条斜线。这里需要注意一点：仅仅是在地面参照系下ct才相当于一条斜线，并不是说在地面参照系下手电筒的光是斜着向上飞的，实际上仍旧是垂直向上飞行的。

这样，我们利用勾股定律，很容易就能得到下面的计算公式：

结果也就表明：以汽车为参照系经历的时间t，与在地球为参照系经历的时间t'并不一样，由于v永远只能小于c，所以t'永远小于t，这也就是时间膨胀，地面上的人会看到汽车里的人的时间变慢了，好像慢动作一样。当然，由于地面上的速度都远小于光速，v远小于c，所以，时间膨胀效应可以忽略不计，我们不可能直观地感受到时间变慢了！

这也是为什么会有著名的“双生子佯谬”：一对双胞胎兄弟，弟弟留在地球上，哥哥以亚光速乘坐飞船离开地球，若干年后哥哥再次返回地球，会发现弟弟早已白发苍苍而自己仍旧很年轻，因为哥哥乘坐亚光速飞船，他的时间变慢了！

不过，如果哥哥永远不返回地球，他就不会直观地感受到时间膨胀效应，“时间膨胀”对于哥哥弟弟来说就毫无意义了。如果哥哥和弟弟都能看到对方，哥哥会发现弟弟的时间变慢了，弟弟也会发现哥哥的时间变慢了！

那么到底谁的时间变慢了？

哥哥和弟弟都没错，因为他们站在两个完全不同的参照系得出的结论，两者的比较就失去了意义。而只有哥哥和弟弟重新来到同一参照系下（比如哥哥返回到地球），时间流逝的速度快慢才有意义。结果还是哥哥的时间变慢了，因为哥哥经历了加速和减速过程，而弟弟没有（这里就不详述了，从狭义相对论分析有点复杂，广义相对论就很容易理解）。

到了这里，你或许应该明白了，原来时间和速度两个看起来毫不相干的东西，竟然有如此密切的联系，我们可以简单这样说：时间，因光速而存在！

如何理解这句话？

宇宙万物都在不停地运动中，而运动其实就是位置的变化，也就是速度，而这只是宏观的表现。从微观层面来讲，万物都是由微观粒子构成的，位置的变化其实也是微观粒子状态的改变，而时间恰恰就是用来描述状态变化快慢的物理量。

还有很重要的一点：何为快慢？在我们日常生活中，快和慢（速度）必须有一个参照系，否则就无法衡量速度的快慢。但只有一个例外，那就是光速。

光速不需要任何参照系，或者说光速在任何参照系下都是光速。光速就像一把宇宙标尺，可以用来衡量其他速度的快慢。光速就是大自然的内在固有秉性。在真空中的光速，只与真空的磁导率和介电常数有关，其他任何东西都不会影响光速。

说到这里，需要延伸一下，看看你是否真的了解“时间膨胀效应”！

时间膨胀效应（钟慢效应）其实暗示了一个非常惊人的事实：宇宙中的万事万物在时空中的运动速度其实都是光速！

是不是有点懵逼？

爱因斯坦的狭义相对论表明物体的速度不可能超越光速，这不明显违反相对论了吗？

确实很违反我们的直觉，但关键点就在于“时空”两字。我们平时所说的速度都是空间里的概念，说白了都是空间里的位移（距离）除以时间，得到的结果就是速度，这种速度当然不可能超越光速。

但是在时空里（四维时空）一切都大不一样，时空和空间虽然只有一字之差，但结果有本质的区别。

时空，包括三维空间坐标和时间坐标，在狭义相对论中，空间和时间坐标是平等的。

举个最简单的例子，每当夜深人静，你躺在床上熟睡中，一动不动，在三维空间里，你肯定是静止的，你的速度为零（相对地球）。但在四维时空里则完全不同，虽然你空间的坐标没有动，但你的时间坐标一直在流动，一直在向前飞逝，你的时间维度的速度就是光速。

在四维时空里，我们讲的是事件，从一个事件到另一个事件，你的位移是四维位移，而不是三维空间位移。

明白这点，相信你肯定会有点感觉了。即使你呆在一个地方一动不动，但你在时间维度上仍旧有速度，这个速度就是光速。

而一旦你在空间上有速度（比如你不再一动不动，而是跑起来），这个空间上的速度会带来什么结果呢？

相信有人肯定想到了，对了，空间上的速度会带来“时间膨胀效应”（钟慢效应）！

言外之意，如果你在空间上有速度之后，你的时间就开始变慢了，你的空间速度越快，时间就变得越慢。通俗地讲，当你在空间维度上有速度时，时间维度的速度就会变慢！

如果你空间上的速度达到光速，时间维度的速度就会变为零，也就是我们通常所说的“时间静止”了！

再往深了挖掘，其实就相当于把光速C分解为时间和空间两个速度，无论时间和空间的速度如何改变，它们的“总和”（也就是光速）不会改变。就像一个直角三角形那样，斜边是光速C，两个直角边分别是时间和空间的速度！

这也说明了一点：静止的你时间流逝速度会更快，也就是说会老得更快，运动起来会让时间流逝速度变慢！不过由于不管我们如何运动，我们的速度相对光速都太慢了，所以“时间膨胀效应”完全可以忽略不计。