愛因斯坦的相對論分為狹義相對論和廣義相對論。

伽利略相對論

說到相對論，誰都想到的是愛因斯坦。但是，我們熟知的伽利略也提出過經典力學領域的相對論，我們叫它 - “伽利略相對論”或者“經典相對論”。

假設，A站在公交車站等公交，B騎著共享單車以時速15km向東經過車站。那麼，根據伽利略相對論，B相對於A的速度是向東15km/h；同時，如果以B為參照系，A相對於B有一個向西的速度15km/h。

同時，地球也在不斷運動，太陽不斷運動，銀河系也在不斷運動。因此，沒有什麼是永遠處於絕對靜止或者絕對運動中的，事物只是相互運動。這就是“伽利略相對論”的基本思想。同時需要指出的是，在經典力學的世界，時間和空間是絕對的。

伽利略相對論的相對性原理指出，無論誰從什麼樣的角度去看待物理學，物理法則都不會發生變化，物理規律的形式不會變化，具體詳見“相對論前的熱身，伽利略變換，對！斜塔扔鐵球的那個伽利略”。

光速不變原理是愛因斯坦的狹義相對論的基本出發點。

狹義相對論指出，光在真空中的傳播速度都是一個恆定的常數，且不會隨光源或觀察者所在的參考系的相對運動而改變。

透過聯立麥克斯韋方程組可以理論上推匯出光速不變原理。同時，邁克爾生-莫雷實驗則以實驗的形式驗證了光速不變原理。

我們想象一束光（上圖黃色球）在兩個鏡子之間反射。左邊的裝置為靜止不動，系統內站著小華。而另外一套裝置，以水平向右速度v運動，系統內站著小夏。

根據光速不變原理，由於小華所處的裝置是靜止的，小華所觀察到的兩個系統內的光速是一樣的。但是在小華看來，小夏所處的系統內的光移動了更長的距離，如下所示。

速度 = 距離/時間。 由於光速是不變的。那麼在小華看來，小夏系統內光移動距離變長。也就是說，當小華看來，當身邊的鐘走了一刻鐘的話，小夏系統內的鐘還沒有走完一刻鐘，也就是說小夏系統內的光還沒反射回地面。所以說，高速運動的系統內的時間比靜止的系統慢。這也就是我們說的“時間膨脹”原理。

狹義相對論 - 長度坍縮

速度 = 距離/時間

雖然，小夏系統內的時間膨脹了。但是距離和時間不會增加完全相同的量。事實上，時間不是。為了維持光速不變，當物體移動接近光速時，不僅時間減慢，而且長度也會收縮。也就是說，小夏和他系統內的鏡子實際上比我們想象的要小。這樣，光線所經過的距離比我們想象的要小。

廣義相對論則將相對論從慣性系引入到了非慣性系。其中最重要的思想是物理定律在任何系統內的等效原理。

比方說一個人在地球上的某個電梯裡，電梯靜止，那麼這個人收到地球引力且重力加速度為g=9.8 m/s^2。但是突然這個人感覺自身收到的引力變大了。那麼，有可能是地球之量變大或者是電梯朝上加速運動，愛因斯坦認為這兩種可能等效。這就是廣義相對論的等效原理。

既然引力和加速的非慣性系等效，那麼假設一個電梯向上加速運動，一束光線從A點射進電梯，如果電梯靜止，A應該直線運動到B。但是電梯加速上升，那麼，光線則相對於電梯曲線運動到了B"。既然非慣性系與引力等效，所以光線在引力場內也會彎曲。

相對論具體就是指狹義相對論和廣義相對論。(◔◡◔)

狹義相對論主要是描述（時空結構）和（物質與能量之間）關係的。

廣義相對論是描述（時空與物質能量）關係的。

狹義相對論把之前各自獨立的時間和空間統一起來，透過洛倫茲變換成功解釋了邁克耳遜-莫雷實驗。也就是那個光速在各個方向上一致從而證明光速與光源速度無關的實驗。而另一方面，又把質量和能量統一起來，用來解釋洛倫茲變換中趨近光速時的質量和能量變化。在狹義相對論裡時間和空間是可以互相換算的，質量和能量也是可以互相換算的。但是時空和質能卻又是互相獨立的。

廣義相對論又把狹義相對論裡互相獨立的時空和質能統一起來。而這次並不是如狹義相對論一樣建立等式關係，而是建立兩者的幾何關係，也就是物質能量與時空曲率的對應關係。物質告訴時空怎樣彎曲，時空告訴物質怎樣運動。這是廣義相對論的理論核心。時空和質能不再互相獨立，而是互相依存相互影響的。

小愛同學認為光速不變沒什麼難以理解的，偉大的麥克斯韋方程推匯出的結論還能有錯？更何況很多實驗都證明了光速不變。

於是小愛同學直接把光速不變當成公設：1.光速不變，與光源和觀察者的運動狀態無關；2.在所有慣性系中，物理定律都一樣 （即慣性系平權原理）。

別看這兩條公設簡單，就在這麼簡單的基礎上，偉大的狹義相對論就誕生了，這是一種全新的時空觀（相對論時空觀），顛覆了19世紀以前所有人類的認知。

所以如果你不懂相對論， 那你的世界觀是很有問題的，懂與不懂，就決定了你是生活在哪個世界中的生物。

（狹義相對論用到的數學，也就基本相當於大學本科的水平，包括洛倫茲變換和簡單的微積分。有興趣的童鞋可以去看看推導過程，其實不會比你們參加過的高考更難。）

在簡單的公設和枯燥的數學推導後，非常精彩的結論就出來了，記住，這些推論不是拍腦袋想出來的，而是精確的數學推匯出來的。只要光速不變沒有被推翻，就算馮諾依曼和希爾伯特來了，也只能承認這些顛覆你世界觀的結論。

一是運動物體在其運動方向會表現出長度收縮，這就是著名的尺縮。也就是說，在我們眼中，奔跑中的尤塞恩·博爾特是變瘦了的，所以根據相對論，要減肥，真的只能靠運動啊。

二是運動物體會經歷時間膨脹，一個運動中的鐘表要比靜止的同樣鐘錶走得慢。這個就是著名的鐘慢。也就是說，奔跑中的博爾特比不跑是變年輕了，所以，要想年輕點，就得動起來。那些大師以千年王八萬年龜為例子宣稱養生要懶靠靜的，肯定沒學過相對論。

根據鐘慢效應，有個很有趣的思想實驗，就是孿生子佯謬：

有一對雙生兄弟，一個登上一艘宇宙飛船作遠端太空旅行，而另一個則留在地球。從相對地球靜止的參考系上看，當旅行者回到地球后，我們發現他比留在地球的兄弟更年輕。但是從相對飛船靜止的參考系上看，我們發現他年紀更大。

這很矛盾是吧？

佯謬產生的原因是狹義相對論的時間膨脹原理僅僅對於慣性參考系成立。 而旅行者要想返回， 必然至少有一次加速過程。 根據廣義相對論，加速過程中的慣性力與引力等同， 而引力恰恰能夠導致時間膨脹。（廣義相對論可以解釋為什麼旅行者必然會有時間膨脹，真正的計算並不必須依賴廣義相對論。）

所以最終的結果就是，旅行者會較之留守者年輕。

鐘慢效應，孿生子效應，已經在1971年由科學家利用原子鐘繞地球一圈證實。

03

老愛的名言是：“把你的手放在滾熱的爐子上一分鐘，感覺起來像一小時。坐在一個漂亮姑娘身邊整整一小時，感覺起來像一分鐘。這就是相對論。”這個是終極相對論，是最容易被地球人理解的相對論。

幾個月後，愛因斯坦從狹義相對論的方程式裡推出質量和能量都是相對的，速度逐漸趨向於光速時，物體的質量會趨向於無窮大。並最終得出這個非常著名的質能方程式E = mc2，依然是純粹數學的推導。

這個方程給出了一個革命性的結論，質量和能量在某種程度上是一回事，可以互相轉化，每個粒子質量的微小變化，都蘊藏著巨大的能量，這些都是驚世駭俗的結論。

儘管質能關係只是一種數學推導結論，但已成為大量實踐所證實，包括後來的原子彈和核反應堆，它為人類開發利用能源提供了一條新途徑。

相對論最最革命的是指出: 時間不是絕對的—速度越快， 時間流逝越慢, 廣義相對論則更一步：時間和空間是一個四維彎曲的時空，引力會扭曲空間和時間。

《晉書》曾記載：“王質入山斫木，見二童圍棋。坐觀之，及起，斧柯已爛矣。”

這位叫做王質的樵夫，看了一盤棋，世上過了幾百年，斧柄也全爛掉了，不知道算是悲劇還是喜劇，但至少，他在中國歷史上留下了大名，叫做「爛柯人」，而圍棋也得了個別名叫做「爛柯」。

“天上方一日，世上已千年”以前只是神話傳說，學渣愛因斯坦居然提出了科學解釋。樵夫爛柯人也許是第一個有記載的經歷蟲洞或者時空隧道的人類。

諾蘭大神的名作《星際穿越》中，英雄為了拯救全人類，駕著飛船著陸到黑洞附近的一個星球上，這個星球上的一個小時，相當於地球上的七年。任務只花了3個多小時，等他返回飛船時， 23年過去了， 他十多歲的女兒轉眼就三十多歲了。

時間是最公平的嗎？相對論把這個公平都搶走了。

其實，這世界從來就不公平……

少年聽雨歌樓上，紅燭昏羅帳。

壯年聽雨客舟中，江闊雲低，斷雁叫西風。

而今聽雨僧廬下，鬢已星星也。

悲歡離合總無情，一任階前，點滴到天明。

蔣捷的《虞美人·聽雨》對歲月光陰的體悟是宋詞的巔峰。

少年是一本太倉促的書，驀然一驚，已是中年。

願你出走半生，歸來仍是少年

原來這不僅僅是祝福…….