爱因斯坦，是我们第二熟悉的伟大物理学家，第一是牛顿。对于他的了解是相对论，对于相对论的了解可能就是那个著名的双生子佯谬的思想实验。

一对同卵双胞胎在20岁时，一个留在地球，另一个乘坐接近光速的宇宙飞船进行太空旅行。在地球上的那个人看来已经过去了几十年，自己也变成一个老头了，而他的兄弟还是一个20岁的小伙子，而且这个小伙子感觉仅仅过了几秒钟而已。

这是十分违反常识的现象，但是却在后来物理学家的观测、实验和推论中证实了。还记得中学物理老师的解释是，这就像一个人跟光赛跑，如果你能跟光跑的一样快，那么你就永远不会变老。但是我问老师如果我跑的比光还快呢？他到现在都没告诉我答案。

后来我才知道，在爱因斯坦的理论里，光速是宇宙中最大的速度，不存在任何物质的速度会大于光速。

说起爱因斯坦，他不像我们在励志科普书中看到的那么笨，也不是一个傻孩子，但是他确实是一个不爱上学的孩子。

他大学毕业后申请留校做助教失败，只能走一走后门在瑞士一家专利局谋得一份职员工作，就是在这里他一年中发表了5篇划时代的论文，其中一篇让他获得诺贝尔奖，同时也是量子力学的奠基之作。

有意思的是被我们熟知的相对论却没有让他获得奖项，而且他后来居然成了量子力学的坚定的质疑者。他的狭义相对论让原子弹制造成为可能，也是他亲自写信给罗斯福总统建议着手原子弹研究，而战后他却极力建议严格控制原子弹。

在这个人身上还有很多有意思的事情，今天我们了解一下他的相对论是咋回事，毕竟我在中学老师那蹩脚的解释里这么多年，挺可悲。

我们抛开相对论的狭义和广义之分，从该理论对牛顿力学的革命和对常识的颠覆来看，基本上可以分为三个方面：

1.时间是相对的，光速是恒定的。

相对论有一个基本的假设，自然定律对于所有自由运动的观察者应该显得相同。也就是不管你是在火星跑马拉松，还是在木星骑自行车，诸如速度乘以时间可以得到你走过的位移，这样的物理定律都是适用的。这一假设到现在为止，在宏观世界和大尺度宇宙中还没有出现可以证伪的观测现象。

另外，爱因斯坦假定光速是恒定不变的，这一点也在后来的光速测量实验中得到证实。

基于以上两个得到验证，并且至今还没有被推翻的假设条件下，就会产生一个颠覆我们常识的结论：时间并不是绝对的，而是相对的。像空间一样，每个人对于时间都有自己的测量和感受，比如在一辆向北行进的汽车里，你可以说汽车在向北运动，也可以说窗外的树在向南运动，时间也一样。

那么这是怎么得出的结论呢？能不能用初中的物理知识做一个简单的推导，其实用一个我们上面刚说的那个速度公式就可以了。

我们知道我们运动的距离等于速度乘以时间，那么时间就可以用距离除以速度得到。我们对于时间的感受其实与光的运动有关，这其中的物理解释我也不是很清楚，不过我们可以理解为光通过某段距离的运动时间就是我们平时感受到的时间就可以了。

那么，时间就等于你跟光的相对位移除以光速（位移就是加了方向的距离，你可以直接理解为距离）。现在可以回到我的中学老师构造的那个场景了，想像成你、你的朋友在跟一个光球赛跑，这个光球的速度是每秒3亿米。

当你跟你的朋友速度差不多，远远小于光速时，你们相对于光球的运动距离是巨大的，比如光可以仅用8分钟从太阳到达地球，在这个距离下，想想你舍命狂奔8分钟的那点距离就可以忽略不计了，所以你跟你朋友感受的时间几乎就是光运行的距离除以光速，你跟你的朋友对时间的感受的一样的。

但是一旦你的速度跟光速相近的时候，你当对于光的运动距离就会逼近于无限小，当用无限小的距离除以极大的光速，所得到的时间就会无限小，你也就会感觉时间好像是永恒的。

因此，在相对论里，时间不再是绝对的，也不是独立于所有物质和运动之外的客观的，对每个人都是一样的存在。它只是恒定光速在不同相对位移时的结果，只是相对光速来说，我们接触的绝大多数运动的速度都可以忽略不计，由此才会造成我们感觉时间是绝对和独立的。

从这个意义上来说，时间也就不是公平的了，每天多远动一会儿，你的寿命就会延长零点零零零零零零零零零几秒。那些整天乘飞机出差的人在理论上会活的长一点，如果不把出差的疲劳和各种倒时差考虑在内的话。

2.质量和能量是可以转化的

宇宙中的存在就是能量和质量两种，在牛顿物理学中，能量和质量是分开的独立系统，它们之间是不可能相互转化的，但是爱因斯坦推论物质的能量可以用它的质量乘以光速的平方得到（即质能方程），具体的推论过程我也没看明白，不过这个推论却可以完美的反推出光速是最大速度。

爱因斯坦根据质能方程推断，对一个物质施加能量实际上是增大了它的质量。

比如我们加速一辆汽车，实际上是增大了汽车的重量，根据惯性定律，质量越大的物质，改变其运动状态就需要越大的力（此处指能量），所以当我们想把一个物体加速到光速时，按照质能方程计算，我们需要无限大的能量，所以我们永远也不可能使其加速到光速。

同时按照质能方程，由于质量与光速的平方相乘可以得到该质量能够转化成的能量大小，又因为光速极大，所以很小的质量便可以释放出极大的能量，这也是原子弹的原理。

核裂变过程中，裂变前后的微小的质量差可以转化为巨大能量，而连锁式的核裂变可以在瞬间释放出极大极大极大的能量，这也就是我们在照片中看到的那朵巨大的蘑菇云的形成。

3.时空不是空的，且可以弯曲。

以上两条也就是常说的狭义相对论的解释了，但是还有一个很大的漏洞没有解决。

在牛顿力学中，有质量的物体之间有引力存在，而一个物体质量的变化必然会导致物体间的引力变化，也就是物体的运动状态会改变。

想象一下，如果地球质量变小的话，根据牛顿第三定律（为避免混乱，我就不把这个公式写出来了，你可以去百度一下，在这里我只说由它得到的推论）太阳与地球之间的引力必然会变小，不足以支持地球在现在这样远的距离围绕太阳运动，这个距离就会缩小，我们就会像太阳靠拢，直到一个合适的距离继续做椭圆运动。这时候估计我们已经被太阳晒蒸发了。

这与现实观测到的事实不相符，那么在牛顿力学力，唯一的解释就是当地球质量变化时，宇宙中的其他地方也会有相反的质量变化，结果质量的变化正好抵消掉引力的变化，从而可以保持我们现在看到的宇宙的样子。

但是，这样就有一个更严重的问题，如果地球质量变化的同时，无限远处存在同时进行的相应的质量变化，那就是说必须存在一个比光速大的速度，要不然这个变化信息无法实时传达，可以想象成必须有一群运动健将，要以远远大于光速的速度在宇宙中传达这些质量变化的信息，这在光速最大的相对论看来是绝对不能相容的。

爱因斯坦的解决思路是，抛开牛顿对于空间是空背景的前提。

假设时间和空间组成我们存在的四维时空，这个时空并不是空的，其本身就充满了我们所谓的空的空间，而时空中的质量会引起时空的弯曲，时空中的每一个物体都会沿直线运动，但是因为时空弯曲，所以它们也就看起来是在围绕着其他物体做曲线运动。

想象四个人分别扯着一条床单的四个角，在半空抻平，这就是时空。只不过我们比喻的时空是二维的（一条忽略厚度的床单），真实的时空是四维的，由于我们在三维空间里是无法想象出四维时空的，就像一幅平面画（二维）里的人无法理解我们所在的立体空间（三维）一样。

接下来想象在这条床单上放一个篮球，这个篮球由于自身重量会把它附近的床单变的弯曲，这时候放一个小一点的台球在篮球弯曲的床单周围，台球自身会沿直线运动，但是由于它所处的床单是弯曲的，它也就只能沿曲线运动。

这就是相对论所描述的我们所在的时空和宇宙，只是我们感知不到时空的弯曲，所以看起好像是有一种力在吸引着它运动。

既然空间不是空的，物体之间也是不存在引力的，自然也就不存在质量变化引起的力的变化，爱因斯坦给出了一个优雅的解释，时空弯曲的理论也在后来解释很多观测到的现象时十分适用，直到量子力学蓬勃的发展起来，那又是后话了。

以上就是一个非专业的业余科学爱好者对于相对论的理解。

那接下来，

如果你问我，这种解释专业吗？正确吗？精确吗？我会告诉你，别装。

对于一个我们可能一辈子都不会接触的东西，为什么要挺着专家的腰板去要求结果的精确呢？先看看手头该完成的工作有没有以专家的态度去搞定。

另外，你可以把它拿来跟姑娘或者帅小伙装气质，如果你怕出错的话，就点击上面的“下班咖啡”关注这个号，一旦我发现自己错了，会第一时间告知你，你也要第一时间告知那个姑娘或者小伙，显得你特别真诚和靠谱，一举两得。

说明：文章中的理论来源于霍金的《时间简史》《果壳中的宇宙》，费曼的《费曼物理学讲义》。我在理解他们的对于理论的描述后，根据自己的知识联系生活中的例子，试图用简单的物理学公式进行描述，不保证精确，只保证真心。阅读时请开动你的小脑袋，保持自由联想和独立思考。

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