當我們漫步在公園時，感覺不到空氣的存在。然而，當我們在體育場️上進行百米賽跑‍♀️時，便會感受到風的阻力。此外，高空跳傘運動也會使我們感受到空氣的存在。

由於自然界是一個有機的整體，所以其間的一切事物都是相互聯絡、相互影響、相互作用和相互轉化的。不存在絕對自由和絕對獨立的物體。

因此，我們的宇宙是由兩大類事物構成的。其一，是作為物理物件的物質；其二，是作為物理背景的空間。

由於普朗克常數h的普遍存在，由於所有的微觀粒子都具有波動性，說明空間是不連續的，是由無數個不可再分的最小粒子——量子構成的。

由於原子的體積是由電子高速運動對量子空間產生的遮蔽效應所形成的，說明物質是由高能量子組成的封閉體系。

經典力學的研究範圍，處於與人的尺度相近的宏觀範圍，類似於在公園散步‍♀️，感覺不到作為物理背景的量子空間的存在。於是，該理論所研究的物體近似為自由獨立的個體，即是一維的物體。從這個意義上來說，經典力學是忽略了物理背景的理想物理學。

然而，當人類的認識超出了宏觀範圍，進入高速領域和宇觀領域，類似於在運動場上跑步‍♀️，量子空間的影響便顯現了出來。

於是，在新的領域產生出的新現象和新實驗，是原有的經典力學所不能解釋的。

於是，針對不同領域的不同特點，各種關於量子空間效應的理論便變應運而生了。

狹義相對論是在高速領域關於量子空間效應的理論。由於量子空間的存在，使得物體的運動速度受到了限制。

於是，任何物體的外在能量都具有兩種不同的存在形式。其一，是相對於自身的動能；其二，是相對於空間的勢能。

赤腳划水運動，表明速度可以使空間效應變強。當物體高速運動時，量子空間的存在便顯現了出來，使得物體運動速度的增加越來越困難。於是，物體能量的增加，由原來以動能的形式變化，改變為以勢能的形式增加，從而表現為速度不變。

光子的特殊性在於，其質量非常小，以至於其動能遠小於勢能。於是，相對於我們人的尺度，光子的能量變化始終是其勢能的增減。於是，光子的能量變化與其勢能參量弛豫時間即頻率的倒數相關，而與其動能參量速度無關。

光速只是光子維持其相對於空間勢能的速度。雖然其與量子空間的密度和其自身能量的大小有關，但是由此產生的速度差遠小於光速，從而表現出光速的不變性。

廣義相對論是在宇觀領域關於量子空間效應的理論。當存在著大物質時，類似降落傘的作用，使物質與空間的相互影響增大。

比如，光子經過太陽時，會使其路徑彎曲。

比如，太陽的自轉，會部分地帶動量子空間的旋轉，從而使水星每百年產生約43秒的進動。

比如，光子離開太陽時，會因為量子碰撞的不對稱而耗散一定的能量，表現為引力紅移。

上述三個現象被稱為廣義相對論的三個經典實驗。

總之，狹義相對論和廣義相對論與經典力學的區別，在於描述了量子空間的效應；狹義相對論與廣義相對論的區別，則在於它們從各自不同的領域描述了不同的量子空間效應。

愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論，都可以列入人類最偉大的理論的範疇內，純粹理論數學公式上的異同，我就不班門弄斧了，只新增點邊角料，供同學們一樂。

我相信同學們都知道狹義相對論和廣義相對論不是同一天發表的這個事實，但記住以下的知識點，仍對大家炫耀一下知識點精準度很有幫助。

狹義相對論來源於，1905年，愛因斯坦發表的第三篇論文《論動體的電動力學》，這是他當年發表的5篇驚才豔絕的論文中的最重要的一篇。但是，這沒有幫他拿到諾貝爾獎；同時，大家耳熟能詳的等式E=mc2在這篇論文中也沒有出現，它是在幾個月後的一篇短小的補充裡新增上的。

廣義相對論，則是要等到1917年初，才正式在《關於廣義相對論的宇宙學思考》裡面完成。然後，愛因斯坦徹底改變了人類對宇宙一切的認識，直到今天仍舊如此。

1905年的狹義相對論絕對是一項深刻而又重要的成就。

但是，正如著名的愛因斯坦傳記作家C.P.斯諾指出的，狹義相對論，要是愛因斯坦沒有想到，別人也會想到，很可能在5年之內。這是一件在等著要發生的事。

但是，廣義相對論則完全不同！斯諾在1979年寫道，“沒有愛因斯坦的創造，我們今天有可能還在等待那個理論。”

狹義相對論，其實是更著名的等式E=mc2，解釋了放射作用是怎麼發生的：一塊鈾怎麼源源不斷地釋放出強輻射能量。解釋了恆星為什麼可以燃燒幾十億年而又不把燃料用盡，一下子使地質學家和天文學家的視界開闊了幾十億年。光速不變，光是最快的，什麼速度也超不過它，使我們一下子抵達了宇宙性質的核心。甚至，捎帶著提前結束了二戰，讓日本人見識了“知識就是力量”的真理。

廣義相對論，則突破了——引力！愛因斯坦認為，時間是可以更改的，不斷變化的。時間甚至還有形狀。一份時間與三份空間結合在一起──不可思議地形成一份“時空”。引力──是空彎曲的一種產物。人類終於在此獲得突破時空束縛的鑰匙，雖然前路仍舊迷霧重重，但相對論的光芒指引我們直抵遠方！

每當我敲打鍵盤，寫下關於相對論的話語時，我都感覺到人類歷史上最高智慧結晶帶給我的震撼！

偉大的愛因斯坦！同樣偉大的相對論！

我是貓先生，感謝閱讀！

所謂“相對論”，是維持伽利略相對運動性原理而推廣出來的。伽利略的相對性運動原理，是絕對時空體系下的，相互之間作勻速運動的兩個參照系，其實可以看作其中一個不動，彼此所遵循的物理運動規律，是一樣的。換言之，如果沒有絕對的時空，那麼我們根本無法知道是誰在運動。牛頓晚年鑽研這個問題，就是為了找出絕對時空的證據。

在絕對時空體系下，光速出現了問題。當時假定光的速度是無限大的，人類的測量全部基於對光的感知。當後期知道光的速度是有限的，就可以根據這點來測度絕對時空，然而，科學家盡了一切努力，結果讓他們崩潰，光竟然在一切情況下都是同樣的速度。想象一下，你站在地上扔出一塊石頭，和站在運動的車上用同樣的方式扔出這塊石頭，地上的人觀察石頭，兩次的速度是不同的，然而對光來說，卻竟然是相同的！這樣一來，伽利略的相對性原理出現問題了。

愛因斯坦為了維持伽利略的相對性原理，兼顧解釋光速的這個測量結果，提出了狹義相對論，最關鍵的一點，是修改了“時間”的概念，他把光運動固定距離的過程定義為固定的時間，即現代定義1秒是光走過那個常數距離所花的時間。這個時間概念實際上與牛頓的定義完全不同，但在極端情況下，比如常規速度下，兩者的吻合度很好。

狹義相對論仍然是對慣性參照系而言的，目的是讓人類的物理規律在任意慣性參照系下都一樣。廣義相對論，則是擴充套件到非慣性參照系。愛因斯坦從電梯理想實驗出發，假定人們不知道自己所在的參照系到底是慣性參照系。在非慣性參照系中，萬有引力可能是慣性力（即虛擬力），正如在封閉的電梯中一樣，你根本無法知道電梯是在作什麼運動，你感受到的引力，很可能是假的。廣義相對論就是為了解決這個假設。

不管是狹義相對論還是廣義相對論，全部是為了維護相對性原理，這是愛因斯坦理論的哲學前提，對不承認這個原理（指需要維持統一相對性原則）的人來說，就是反對愛因斯坦理論的理由。

說到底，這些現代科學的理論基礎，是基於人類的測量手段，即依賴有限速度的光或電磁波感知物質的運動，縱然可能有高於光速的某物質運動，如果人類無法感知它，而且它也不是無限速度，就始終推翻不了愛因斯坦的理論。當然，不改變時空觀念，仍然在絕對時空體系內，也有科學家提出能解釋觀測事實的理論，不過那個計算體系比愛因斯坦的複雜，假設的前提更多。愛因斯坦的哲學觀念，是在最少的公理前提下演繹出優美的數學規律以解釋世界，這與古希臘以來的西方科學觀念是一脈相承的。如果托勒密的地心說不是需要如此多的星輪導致計算過於複雜，哥白尼的日心說模型根本不可能被接受，同樣哥白尼的日心說當時被抵制，也是因為他基於完美圓的日心模型也有不比地心說少的星輪，何況推演的歷法沒有地心說的精準，若不是開普勒修正為橢圓，哥白尼的日心說始終是異端邪說——不要把古時的科學家全視為沒有理智的，不接受你自然是因為不符合當時的科學觀念，現在也一樣，不要以為現在科學體系下不接受的觀念就一定是非科學的。科學沒有那麼神聖，它不是神學。

要了解狹義相對論和廣義相對論的區別，我們首先要搞清楚，這兩個理論大概說了什麼？

我們先從狹義相對論說起，其實狹義相對論解決了一個物理學的重大矛盾。在愛因斯坦之前，最成功的兩個理論分別是牛頓提出的牛頓力學和麥克斯韋提出麥克斯韋方程。只不過，這兩個理論有個矛盾，那就是：光速。

具體來說，牛頓的理論認為，速度可以不斷地進行疊加，沒有上限，只要你加得上去就行。可是，麥克斯韋方程得出得光速是一個固定值，似乎暗示著光速無論在什麼慣性座標系下都是一樣的。要知道，我們在使用牛頓力學時，是需要先選定參考座標的。因此，科學家就在思考，是不是存在一個奇怪的座標系，讓光速一直保持一個速度，它們管這個叫做以太。於是，一群科學家就拼了命地去找“以太”，然後他們接二連三地失敗了。

後來，26歲的愛因斯坦提出了狹義相對論。

有人說他高舉了奧卡姆剃刀原理才成功的，這個奧卡姆剃刀原理大意是：如無必須勿增實體。翻譯過來就是，咋簡單咋來。既然光速是不變的，那為啥還要假設“以太”？

於是，愛因斯坦就以“光速不變原理”和“相對性原理”為基礎假設，推匯出了狹義相對論。這個過程就有點像平面幾何，就只有五條公設，但是能搞出一整套體系。而這裡的相對性原理，說白了就是經典物理學的老套路，在研究運動時，需要先選個慣性參考系。

透過這兩條假設，愛因斯坦出了很多奇葩的結論，比如：時間膨脹。說的是，如果你想對於我高速運動，那我看你的時間就會變慢，這種變慢可以理解成，如果你在高速的飛船裡做操，那我這裡看到的就是你在慢動作做操。而你自己其實感覺到的時間是正常流逝。所以，是以我參考系看你時間膨脹了。如果你也看到，你也會發現我的時間也變慢了，因為我相對於你也是在高速運動的。

除了時間膨脹，還有尺縮效應，其實說的是如果你相對於我高速運動，那你得尺寸會縮短。你會發現，為什麼要麼和時間，要麼和長度（空間）有關，這其實就和狹義相對論要統一的物件有關，狹義相對論統一了時間和空間。愛因斯坦認為時間和空間並不是分立的兩個物理量，它們會受到運動的影響。所以，我們要把它們結合起來研究，並稱為時空。由於我們生活在三維的空間內，所以也可以叫做三維時空。而光速則是三維時空的一個特殊屬性，描述了兩個事件之間的時空間隔。說的直白點就是，你看到鏡子裡的自己永遠都是過去的自己，

因為這裡要經歷跑光到鏡面再跑回來，所以過去影響現在，現在影響未來，在光能跑到的範圍內，都會影響到未來，有一句很文藝的話就是：光錐即命運。說的就是這道理。

其實狹義相對論還有質能等價的部分，說的是運動也會影響到質量和能量，不過這並不是我們這次的重點。我們先來說說廣義相對論，廣義相對論被很多人認為是描述引力的一個理論。說的是引力的本質是時空的彎曲。

地球之所以會繞著太陽轉，就是因為太陽彎曲了周圍的時空。而地球是沿著時空的測地線在運動。這個測地線其實就是時空內的“直線”，兩點之間的最短路徑，如果一個物體不收任何外力都會沿著測地線運動。（我們把視角降維到二維上看，就是下面這樣。）

之前也說到，是很多人認為廣義相對論是用來解釋引力的。實際上，我們只能說這是順手解決了引力。這其實就會涉及到狹義相對論和廣義相對論的區別。在講狹義相對論時，我們總在說“慣性參考系”，為什麼呢？

其實狹義相對論描述的三維時空是平直的三維時空，也就是沒有彎曲的時空（我們也可以說這是曲率為0的時空），在這樣的時空內，光都是沿著直線在運動的，不帶拐彎的。

至於廣義相對論，其實你應該也猜到了，它描述的是彎曲的時空的，也就是非慣性參考系。

所以，狹義相對論和廣義相對論最本質的區別就在於時空是不是彎的。

其實要理解狹義相對論和廣義相對論基礎層面的東西並不難，用通俗的預言講解起來更容易懂，並不像某些人說的相對論很難理解！

簡單說，狹義相對論是廣義相對論的基礎，也就是說廣義相對論的創立是建立在狹義相對論這座“大廈”上，如果狹義相對論是錯的，那麼廣義相對論也會瞬間倒塌！

簡單解釋一下兩者到底什麼關係。

狹義相對論是建立在兩個假設的基礎上，連個假設分別是“光速不變原理”和“相對性原理”，有了這兩個假設為基礎，很容易推匯出狹義相對論的公式！

光速不變原理說的是光速在任何參照系下都是光速，而相對性原理講的是在慣性參照系下具有相同的物理規律！

但自然界中不存在真正的慣性參照系，都會有引力的作用，所以愛因斯坦在建立狹義相對論之後，一直在思考一個問題：如何把引力作用考慮進去？而廣義相對論就是在狹義相對論的基礎上把慣性參照系換徹底一切參照系（也就是說把引力考慮進去）！

而廣義相對論也有兩個基本前提：等效原理和廣義相對性原理。等效原理就是引力質量與慣性質量的等效，舉個例子，在一個以9.8米每平方秒加速飛行的密閉容器裡，你不會知道到底是在地球上還是在密閉容器裡（假設你無法看到容器外面）！而廣義相對性原理指的是在所有參照系中，都具有相同的物理規律！

狹義相對論：等速直線運動

廣義相對論：加速運動和萬有引力

狹義相對論：特定

廣義相對論：普遍

狹義相對論：時間 空間 物質 運動

廣義相對論：時間 空間 物質 引力 運動

狹義相對論：直線

廣義相對論：彎曲

狹義相對論：無限小

廣義相對論：無限大

狹義相對論：高深莫測

廣義相對論：真理極限

狹義相對論：原子彈

廣義相對論：《三體》