相对论究竟是什么

你距离读懂相对论，只差一个万维钢
相对论的精彩不仅仅是数学 更在于思想

万维钢，笔名同人于野，“学而时嘻之”博主，畅销书《万万没想到：用理工科思维理解世界》作者。其博文介绍为“用理工科思维理解世界”，喜欢科学和政治，作品以理性思维见长。 1999年，万维钢毕业于中国科技大学，现为美国科罗拉多大学物理系研究员。《新知客》、《新知》、《东方早报?上海书评》特约撰稿人，天涯名博，在知乎、果壳、观察者、共识网等国内知名网站上设有专栏，在《麻省理工科技创业》、《商界评论》等报刊和网站发表过若干文章，文章常引发大众思考，掀起诸多话题讨论。 《流言时代的赛先生》及《十万个为什么》（新版）的数学分册和物理分册作者之一。博文地址：http://www.geekonomics10000.com/

一个简单的信念

英雄与危机

光速啊，光速

刺激1905

穿越到未来

“现在”，是个幻觉

质量就是能量

不可思议的巧合

大尺度的美

爱因斯坦不可能这么幸运

黑洞边上的诗意

爱因斯坦的愿望

相对中的绝对

番外篇 详解双生子佯谬

     一个简单的信念 相对论对绝大多数人来说是个神秘的理论。你肯定已经听说过有关相对论的一些有趣的和怪异的结论，比如一个物体在高速运动的时候，它的长度会变短，它的时间会变慢。 我们假设有一个距离地球40光年远的星球，光需要走40年才能到达那里。那么如果你以80％的光速前往那个星球，你得飞行50年才能到达目的地，对吧？在留在地球的我们看来的确是这样。如果你出发的时候是20岁，到达的时候应该是70岁吗？ 不是。根据相对论效应，高速运动的物体的时间会变慢。寻常的50年对你来说只有30年，你到达的时候，只有50岁！而你要是能以99.5％的光速飞行，你的时间将会比我们慢10倍！ 这也就是说相对论效应可以让人穿越到未来。这不是科幻，这还仅仅是开胃菜……相对论，本质上是关于时空的理论——时空跟我们寻常想象的接近不同。正是因为有了相对论，我们才知道有黑洞这种东西，我们才知道空间居然会膨胀，我们才知道宇宙有个起源。 而相对论是一个出了名的难懂的理论。据说爱因斯坦刚刚发表狭义相对论的时候，只有少数物理学家能理解。等到相对论已经被物理学家广泛接受、爱因斯坦暴得大名时，公众又理解不了。我记得欧洲当时还出了一本叫做《一百个反对爱因斯坦的作家》的书——而爱因斯坦对此的回答是“如果相对论真的错了，有一个人反对就够了”。 那相对论真的这么难吗？要知道爱因斯坦发表狭义相对论是在1905年，距离今天已经100多年了，我们没有理由不能理解一个清朝末年就出来了的理论！ 所以我想在本书中给你讲明白相对论。相对论的数学很简单，但我们重点还是说它的思想。 相对论会对你的世界观产生重大影响。作为一个现代人，如果不理解爱因斯坦相对论，就错过了这个世界最精彩的东西。一旦理解了相对论，你就不再是以前的你，你就再也回不去了。但是只知道一些奇妙的结论可不算理解。 我有一个好消息。相对论是简单的。这是一个干净利落的漂亮理论。 但简单不等于容易。简单的东西可以非常深刻。 1 一个信念 我们先来开启一个思想实验。假设你在一艘豪华游轮上旅行，这艘游轮在海上开的速度很快，但是它非常平稳，没有任何颠簸。游轮上有个全封闭的大厅，里面有游泳池有球场，你甚至还可以在里面做物理实验。 那请问，在不和外界发生任何联系的情况下，你能判断出这艘游轮是在前进还是静止不动吗？ 你可以在游轮上做各种实验进行判断。比如在陆地上把球抛到空中，在静止的情况下，球会落回你的手中，可是在封闭游轮中也是这样。你向游轮前进的方向射门，同在游轮上的守门员只会感到你射门的寻常速度，而不需要考虑游轮的速度。 只要游轮的速度平稳不发生变化，你就无法判断它是运动的还是静止的。其实我们生活的地球就相当于这样一艘游轮。地球绕太阳公转的速度约为每秒29.8公里，比飞机快得多，但因为地球走的几乎是一条直线，我们接近感觉不到它正在高速前进。 这个道理，最早是“现代物理学之父”伽利略想明白的。这相当于你在速度是每小时50公里的游轮上建立一个坐标系研究物理学，我在地面建立一个坐标系，我们其实是对等的。你相对于游轮是静止的，相对于我是运动的。你向前射出一支箭，假设箭相对于你的速度是每小时360公里，那相对于我就是：360km／h+50km／h=410km／h。 不跳出自己的坐标系向外看，你单凭做一个射箭、抛小球之类的实验无法区分运动和静止。匀速直线运动和静止没有本质区别，速度都是相对的。 P1-5