爱因斯坦相对论的内容

相对论是一种哲学观点。认为世界上一切都是相对性的，没有绝对的事物。同时认为没有相对性就没有事物。比如，没有高就没有矮，没有快就没有慢，没有大就没有小，没有反就没有正。

把相对论与物理学相结合就是相对论物理学，我们现在常简称相对论。

相对论是站在相对性角度上对物理学的解释。主要分为狭义相对论和广义相对论两大部份。其实是一个理论的两种表达方式。狭义相对论是相对论的微分形式，广义相对论是相对论的积分形式。

理解相对论必须建立牢固的相对性观念，否则常常会走入死胡同。中如出现各种所谓的悖论。

有人说：“一个物体以接近光的速度运动时，它的时间会变慢。”相信这句话很多人都听到过。

但是，这句话本身不是相对论中的内容。

相对论中最重要的概念就是相对性，没有相对就没有意义。“一个物体以接近光速运动”，凭什么呢？一个物体的速度凭什么说接近光速？

速度是两个物体相对距离变化快慢的物理量，一个物体不存在速度的问题。

比如地球，谁能说出来地球在宇宙中的速度是多少？相对人走的速度可以是1.3米/每、相对汽车的速度可以是13米/秒、相对对飞机可以是130米/秒、相对卫星可以是8000米/秒、相对流星可以是80000米/秒……，地球的速度是多少？

只有确定了和哪个物体相对比才有速度的概念，单说一个物体的速度快和慢有什么意义呢？可以说地球的速度是任意的。而且由此也知道，任何一个物体的速度都是可以任意指定的。

光速不变：光相对于一个物体的速度是一个恒定值，很多人不理解，为什么不能和物体的速度相叠加？知道一个物体的速度是任意值了，就知道为什么不能叠加了。如果能叠加，那么，一个物体的速度是任意值，光速不是也就变成任意值了吗？

相对性原理还提示了一个问题，相比较才有意义，而意义是确定的。

比如两个物体相对速度是v ，V只有在这两个物体之间才有意义任何其他物体上看到的情况都是假象。但是，在一个物体上看到的情况是无法用任何方法来证明真实性的。因为本来就没有绝对的数值。

我们最常用的一个相对论公式就是  t'＝t×√(1－v²/c²)，其中的√(1－v²/c²)  叫做洛伦兹因子（或相对论因子）。

上面的图中：A是一个相对O以v  的速度作匀速直线运动的系统，B是A系统上的一点。当A点与O点重合的时刻，一光子从A射向B。

在A看：距离是ct'  ，在O看：距离是ct ，并且A 在t 时间内移动了vt 距离。

三个距离的关系是：(ct')²＋(vt)²＝(ct)²，把t' 解出来就得到了  t'＝t×√(1－v²/c²)。

从公式上看，假如人们站在O上看，看到的时间一定是t ，显然t' 比t 变慢了。

但是从图上看会发现，v的大小只影响ct ，对ct'没有任何影响。

也就是说，相对速度影响了对相对高速运动的物体上的时间的测量，测量值变长了，相对的说就是那个物体上的时间变短了。

因为我们没有任何方法测量出那个相对我们高速运动的物体上的时间。只能依靠上面的变换间接得到。

由于光速不变，时间变慢的结果就一定会导致距离变短。

上面就是狭义相对论的主要内容。

理解了这一点就不会再搞出什么所谓的悖论来说某双生子一个在飞船飞行一个在一地球等，回来后岁数不同了。测量到的数据是相对的，与对方“实际”数据是不同的，看到他的时间变慢了，他自己并不变慢，不会因为你看到的情况而改变。就像一个人离你很远的时候你看到他变小了一样，不能因此说等他回来时他就进不了他家了（因为他在远处看他家也很小）。当距离近了的时候一切就都改变了，当速度降下来的时候，相对速度趋于相等时（静止时），测量的误差也接近0了。

狭义相对论是相对论的微分形式，上面的图中，应该说只在ct'→0，ct→0，vt→0的条件下才成立。

如上图：B相对A是匀速直线运动的，速度是v  ，但是相对A的距离却是非线性的。

就是说：距离/时间不是常数。只在时间无限短的dt  时刻才可以看作是真正的匀速直线运动。

广义相对论是相对论的积分形式。一切物理结果都是所有因素的累计结果。就是每微分点的值相加的总和。

用数学方法推导是很复杂的，而且在这里也很难打出复杂的公式。因此我们仅从物理意义上说一下广义相对论的主要内容。

有人说在广义相对论中，F＝ma这个经典物理学中最重要的公式不再成立，那是对相对论的误解。

相对论并不是推翻了物理学，而是把物理学推向了更高的层次。是对经典物理学的发展。

在广义相对论中，F＝ma依然成立，但是内容增加了。

1、加速度与引力场等价：

    把上面的公式变换一下就得到了：a＝F/m，左边是加速度，右边是引力场强度，即“单位质量所受的引力”。公式的意义就是：加速度与引力场是等价的。

2、质能公式：F＝ma，功是能量的转化量，所以两边同乘上距离就是能量。E＝FS＝maS=mv²。但是，前面说过，一个物体不存在速度的概念，而一个物体具有的全部能量却是固定的，所以这里的速度v 一定是相对任何物体都不会变化的恒定值，那么只有光速才是恒定的。所以，质能公式就是：E＝mc²。

3、时间变慢：

    加速度是速度的变化率。a=dv/dt，积分后得到a＝v/t。变换一下得到t=v/a。这里又有一个v，同样的，单独对一个物体来说，没有速度概念，这里的速度是一个对一切物体恒定不变的值——光速c。所以公式就是  t=c/a，即时间与引力场强度（或加速度）成反比，加速度越大，时间越慢。

4、

    虫洞：

    从t=v/a可以看到，当a为0时，就是引力场强度是0的时方，时间无限快。人们把宇宙中引力场为0的地方称作虫洞。相对虫洞来说，任何其他地方的时间都是无穷慢的，因此理论上感觉在虫洞中瞬间就可以到达宇宙中的任何地方。

5、奇点：

    相反，人们把宇宙中引力场强度无穷大的地方称作奇点。在奇点处，时间静止。由于时间静止，在那里的任何物体也都是静止的（或不存在）。根据四维空间的意义，时间为0的物体不存在，也就是从来没有过的东西不存在。

相对论的贡献：

相对论是在人们试图找到绝对速度失败后，由爱因斯坦总结和研究了前人的实验和理论后，在经典物理学的基础上创立的现代物理学说。

当人们测量绝对速度时发现，不仅测量不到绝对速度，更要命的是发现了一个足以让经典物理学崩溃的现象，光速不能和速度叠加。建立在理所当然的速度叠加原理上的一切力学规律竟然是错误的。物理界一片哗然，很多物理学家陷入混乱。甚至有人说物理学应该全盘推翻，重新建立新的体系。

首先，相对论的创立，重新确立了经典物理学在低小空间范围内的正确性和权威性，扶大厦于将倾。并且通过洛伦兹因子的引入，把经典物理学理论的适用范围推广到了广域的宇宙空间。

其次，相对论以其相对性原理，通过经典物理学的理论，为科学研究指明了方向。比如质能公式为核能的应用奠定了坚实的理论基础。

再有就是为人类探索宇宙空间提供了测量计算的理论依据。为人类太空科技打下了基础，为人类生活提供了新的方式。比如卫星定位，如果没有相对论时间换算的关系，GPS定位误差将达到数公里以上，完全失去了实用意义。

相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。

狭义相对论和广义相对的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。

狭义相对性原理是相对论的两个基本假定，在目前实验的观测下，物体的运动与相对论是吻合很好的，所以目前普遍认为相对论是正确的理论。

基本假设

狭义相对论建立在如下的两个基本公设上：

1．物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式。

2．在所有的惯性系中，光在真空中的传播速度中具有相同的值C。

第一个叫做爱因斯坦相对性原理。它是说：如果坐标系K'相对于坐标系K作匀速运动而没有转动，则相对于这两个坐标系所做的任何物理实验，都不可能区分哪个是坐标系K，哪个是坐标系K′。

第二个原理叫光速不变原理，它是说光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度。

从表面上看，光速不变似乎与相对性原理冲突。因为按照经典力学速度的合成法则，对于K′和K这两个做相对匀速运动的坐标系，光速应该不一样。爱因斯坦认为，要承认这两个假设没有抵触，就必须重新分析时间与空间的物理概念。

可以表述为光子在时空中的世界线总是类光的。也正是由于光子有这样的实验性质，在国际单位制中使用了“光在真空中1/299，792，458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”（米）。光速不变原理是宇宙时空对称性的体现。

爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。他发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。

说如果你和美女在一起会感觉时间过的很快，而在火炉旁难受感觉时间过的很慢，对于这种比喻我也真是醉了，我怎么都不敢相信爱因斯坦会这样糟蹋自己的理论，简直胡说八道。狭义相对论里的确有钟慢这一效应，那是在光速不变的前提下推算出的运动速度快的话会使时间变慢，比如说，光速不变是300000000米每秒，你的速度非常快，几乎接近光速和光的传播一致的方向运动，按照我们日常思维，以我们自身为参考系的话，测量出来的光速肯定是很小的，就好像你坐在的一辆大巴车高速行驶，后面有另一辆大巴超车，这时你看到的那辆超你的大巴是慢慢的超过你的，假如整个宇宙没别的，就这两辆大巴车，那么你就会认为自己的车是不动的，而那辆大巴正在缓慢的向前移动。稍微有点初中物理知识的人对这点都不难理解，就是经典传统动力学里面的一条真理：运动是相对的。但是事实却不是这样，实验证实无论如何光速都是300000000不变，你自身速度已经接近光速结果光在你眼前还是一闪而过300000000米每秒，我们都知道速度就是单位时间里移动的距离，也就是距离除以时间，这样我们必须抛弃绝对时间的观念，否则这是没法解释的现象，这正是迈克尔逊莫雷实验引发的一场物理学革命，终结经典物理学一统天下的两个革命之一，另一个革命是黑体辐射引发的量子力学，这些不多谈，感兴趣的可以自己搜查资料。再接着说什么叫抛弃绝对时间的观念，真正爱因斯坦的名言是这么说的：“只要人们愿意抛弃绝对时间的观念，以太纯属多余”以太是什么，你可能听说过以太网，如果你了解以太网是什么的话，那你应该能感受到那个宇宙中无处不在的以太是什么玩意，以太出现在经典物理学中仅仅就是为了解释麦克斯韦理论算出来的光速电磁波传播速度的，因为在经典物理学中，有速度必须有参考系，算出来的这个300000000米每秒是相对于谁而言的，那时认为就是相对于以太的玩意，然而后来问题越来越多，以太完全Hold不住场面，这才逼得爱因斯坦造反，直接抛弃以太建立了自己的相对论，狭义相对论就是从光速不变的原理中演算推论出来的一套理论，当然漏洞百出，所以才有了他后来的广义相对论。好了说了这么多，狭义相对论里的钟慢效应到底是什么，比如一个光源a发光，在距a300000000米的地方有一点b，a和b是一个固定的系统，他们距离不变同时朝同一个方向运动，这时你和ab是同一个系统，也随着它们运动，你和ab是相对静止的，我们是属于另一个系统，看到你和ab都在移动，这时你会测量光从a到b的传播时间是1秒钟，因为你的世界光速是300000000米每秒，但在我们看来，光移动的距离分明超过了300000000米，因为你们都在移动啊，我们的世界光速也是300000000米每秒，所以我们测的光从移动着的a到移动着的b所用的时间是大于1秒钟的，这样我们的系统和你的系统就出现了时间差，这个时间差就是钟慢效应造成的，你可以想像一种极端情况，就是你和ab组成的系统移动速度非常快，几乎接近光速，在你看来光从a到b仍然只是1秒钟而已，而在我们看来，光很难从a到达b了，要用很长很长时间，因为b点在接近光速移动，光要追上b肯定要很长时间，这样的话我们感觉过了好长时间的时间对于在高速移动的你来说就是1秒钟而已

简单的说就是宇宙中一切物质都是弯曲的，比如时间，比如空间，如果一个参考系中，比如这个参考系是地球，那么地球上一切原理对于地球上的东西来说，那都是一样的，但如果参考系不一样的话，这就没法比较了，可是有一个东西，无论在什么参考系，那都是一样的，这个东西就是光速，时间空间弯曲的话，光也弯曲，时间空间平直的话，光也平直，但速度不变。我们平时说的“一个物体以光速匀速运动的话，时间就会静止”也是从以上推论得出来的。大概就是这样，要是具体解释的话我没耐心写这么多，你可以自己百度一下看看

一个男人与美女对坐一个小时，会觉得似乎只过了1分钟；但如果让他坐在热火炉上1分钟，却会觉得似乎过了不止1小时。这就是相对论。