相对论中时间为何会变慢？初中知识就可以解答！

中国古代的宇宙观与世界观，可以从中文的“宇宙”、“世界”等词语里找到线索。《庄子》：“上下四方曰宇，往古来今曰宙。”世界的世指时间，界指空间，追溯其源头乃出于佛教。因此空间和时间构成了“宇宙”和“世界”。

探索宇宙是人类永恒的话题，从古至今无数人提出了各种假说，你也可以提各种假说，只要能自圆其说就能成就一方哲学。如果要到科学层面，需要有严谨的数学推导和证明并将其量化。

伟大的爱因斯坦基于光速不变，提出狭义和广义相对论，数学上一统时空。如果你还想提出假说，就必须要理解相对论说啥了。

相关资料网上很多，本文做一些重点总结，只求模型观，不求量化推导，算是科普。古人云：物理不是物理学家的私藏，而属于全人类！

在接近光速运行的空间里，时间会变慢

引用一个经典的教科书上的例子来解释为什么时间会变慢。

下图为一虚拟实验，A和B为两面镜子，相距为L，光子一面镜子发射到达对面的镜子，再返回，则可以测出光速。

但如果空间以接近光速匀速运行，我们沿着与空间运行垂直的方向设置两面镜子。如下图所示，朝右运行。则光子从A到B再回到A的距离变成了斜线。如果光速不变，距离L不变，那只能是时间变慢了。

推导

结论

整个过程连起来就是下图的效果，注意蓝色点。因此，就有著名的经典场景：如果某年轻人坐接近光速的宇宙飞船若干年回到地球，该乘客还依然年轻，而当年的同龄人已是老年。因为接近光速的宇宙飞船上时间变慢。

时间因光速而存在

如果乍眼看，似乎反自然规律，别急，耐心容我解释一下。

我们可以这样来理解：万物(包括宏观微观物体)都在运动，运动带来位置的变化，不妨把这变化理解为小粒子们的组成的状态改变，而时间就是用来描述物体们从一个状态变成另一个状态。所谓的时间快慢就是状态变化的快慢。而“快”与“慢”都是相对光速而言的。也就是说，上面例子里宇宙飞船上的年轻人之所以还年轻，是因为宇宙飞船上的粒子运动比较慢。

那为什么光速是恒定的？首先这个问题本身就很有问题，会误导大众。简单的回答是，时间是以光速为参照而存在，且是该宇宙的极限速度。根据相对论，质量能量守恒的原理，换句话说，质量能转化能量，而速度跟能量有关。如果把质量全都转化为能量了，则速度是极限。这个极限就是光子，因为光子没有质量。所以，质能转化是宇宙或自然的规律，光速是宇宙或自然的特征。

如果存在另一个不一样的宇宙，只要算一下质量转化成能量，还有光速，就能了解那个宇宙不一样的“时间”，也能比较宇宙们的异同。因此造世主只要定义了光速，就定义了宇宙。啊，神呐。圣经《创世纪》第3节：神说，要有光，就有了光。

空间是光的轨迹

几乎万物都有质量，也有所谓的万有引力。另一种现代物理的理解是，物体质量影响空间结构，构成势能，使得有质量的物体会互相靠近，营造出“水往低处流”的场景，如下图。这个叫做“引力场”。而光在靠近大质量的物体时，会产生弯曲。这里要注意一下，所谓的“弯”和“直”，都是相对的。为什么说两点之间直线最短？那是因为人们生活经验主要靠光来观察事物，而光按照直线运动(比如瞄准或者挡太阳)。换句话说，光怎么走，人们所认识的直线就长什么样，虽然现实中大家已习惯“本末倒置”了。

再遥望浩瀚外太空，星系如尘埃不可数。若论分布，有些密集，有些稀疏，有些想对高速运动，有些想对低速运动。有些地方，光线轨迹是直的，但有些地方可能是歪歪扭扭的，有些地方时间走得快，有些地方时间走得慢。

如果沿着光线穿越外太空，就有点如下图所示。而每个小空间所观察到的光线都是该空间的“直线”。回到篇头的例子，高速空间里之所以时间变慢，是因为光线走斜线(不是直线)路远，而导致该小空间里的粒子都变慢，因而变化慢，致使时间变慢。

有人说“时间是按光速朝一个方向运行”，“光速就是空间的半径”，这些都是很形象的。

空间的变换可以用洛伦兹变换，对其数学公式推导有兴趣者，强烈推荐看一下百科介绍，思路颇为精妙。

再用两个比喻来说明时间与光速。

1. 堵车的地段车速慢，不堵车的地段车速快，如果两个同一里程出发，在两个不同地段行驶，这个时候两个司机通电话互报里程表，对堵车地段的车来说，里程就少，另一车里程就多。里程就是时间。
2. 两台计算机同时开始跑一样的程序自动打单机通关游戏，一台计算机的cpu计算能力强，另一台相对弱，如果到某个时刻两台计算机相遇，快的计算机已经花费了更多的cpu cycle达到了后面的游戏关卡。这里的cpu cycle就是时间。

超光速？

光速是宇宙的极限速度，因为光子零质量，所以速度最快。但空间是可以“扭曲”的，构成一些“虫洞”。这样能通过走捷径做到比光子更早到达目的地，但并不是突破光速极限。

不过目前似乎没人知道怎么构造虫洞。有人说是“暗物质”，通过“负能量”能做到。还有些人说利用量子物理的一些神秘莫测的特性构造虫洞。期待，那将是物理学开脑洞的另一个里程碑。未来的星际旅行瞬间转移就靠它了，哈哈。

回到过去？

比光更早到达目的地不代表能回到过去。如果把时间理解为物体变化的纪录片，如果能把物体还原，比如通过神奇的“负能量”让粒子沿反方向或者彻底重构，那就是回到过去了。或者有些平行宇宙的理论，跑到另一个宇宙去，这个是另一种完全不同的宇宙观了。