為何說“速度越快時間就越慢”？深扒狹義相對論的“祖墳”！

在牛頓經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)治的物理學(xué)時代，速度和時間是兩個風馬牛不相及的東西。速度就，時間就是時間，兩者沒有更多關(guān)系。如果有誰告訴你速度會影響時間流逝的快慢，你一定會認為這個人瘋了（事實上，直到今天，還有一部分人認為愛因斯坦“瘋了”）！

牛頓的經(jīng)典力學(xué)是以絕對時空觀為背景的。何為“絕對時空觀”？時間和空間都是絕對的，時間在任何環(huán)境中的流逝速度都是一樣的。

絕對時空觀很符合人們的日常認知，畢竟地球上每個人的時間流逝速度都是一樣的（嚴格來講，稍微有點不一樣，后面會講到）。雖然神話故事中有“天上一天，地上一年”的說法，但在人們的固有思維中，也只是覺得那只是一個神話故事而已，沒有誰會當真。

而牛頓的絕對時空觀也統(tǒng)治了物理學(xué)界幾百年時間，直到時間來到了19世紀末。

當時的物理學(xué)界認為物理學(xué)大廈幾乎已經(jīng)修建完畢，之后不會有什么大的發(fā)現(xiàn)了，只需要小修小補就可以了。物理學(xué)家也為此感到驕傲自豪，認為他們一代人已經(jīng)觸摸到了物理學(xué)界最后的“圣杯”。

除了“兩朵烏云”仍舊飄浮在物理學(xué)界的天空中！

而正是“兩朵烏云”中的“其中一朵烏云”，徹底顛覆了物理學(xué)家們自認為已經(jīng)建好的物理學(xué)大廈，這個大廈也因此轟然倒塌！

其中一朵“烏云”邁克爾遜莫雷實驗與“以太”之間的矛盾，兩者具體有什么矛盾呢？

所謂“以太”，通俗來講就是牛頓絕對時空觀中的“絕對參照系”，或者說“光速的參照系”，為何這樣說？

這與“以太”的概念提出的背景有關(guān)。以太概念的提出是為了協(xié)調(diào)牛頓經(jīng)典力學(xué)與麥克斯韋方程組之間的矛盾而誕生的，兩者有什么矛盾呢？

很簡單，牛頓經(jīng)典力學(xué)是以絕對時空觀為背景的，其中一個核心思想就是“任何速度都是相對的，都要走相應(yīng)的參照系才有意義”。這很好理解，比如說，我們通常所說的速度都是地球為參照系。

但是麥克斯韋方程組卻給了絕對時空觀當頭一棒，這個堪稱“人類史上最偉大”的方程也有一個核心思想：光速與參照系無關(guān)，只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)。

兩者之間的“矛盾”就像一顆炸彈一樣引爆了物理學(xué)界，牛頓和麥克斯韋都是大佬級別的存在，牛頓的經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)治了物理學(xué)界幾百年，絕對時空觀早已深入到每個人的骨髓里，如此的根深蒂固。

而另一方面，麥克斯韋方程組是如此的簡潔優(yōu)美，看起來就像是“上帝的公式”，當時的物理學(xué)家們也“不敢得罪”。

那怎么辦呢？“左右逢源”是最好的方式。物理學(xué)界們開始了各種假設(shè)，來協(xié)調(diào)兩者之間的矛盾，在這種大背景下，“以太”的概念應(yīng)運而生。

當時的物理學(xué)家們認為，光速也有參照系，它的參照系就是“以太”。以太是我們看不見摸不著的絕對參照系。

說白了，以太的概念就是一種假設(shè)。這本沒有什么問題，因為任何科學(xué)理論一開始都是從假設(shè)開始的，只要這個假設(shè)能經(jīng)得起人們不斷地驗證，能經(jīng)受得住考驗就是好的假設(shè)。

不過，以太概念的提出沒過多久就出問題了。人們總是對新生的事物充滿好奇和探索欲望。

這不，邁克爾遜和莫莫雷就想弄明白以太到底是什么，到底是什么樣的存在方式。

于是，邁克爾遜莫雷就做了一個實驗（邁克爾遜莫雷實驗）。這里簡單說一下實驗過程。

按照以太的詮釋，以太存在于宇宙的每個角落，絕對靜止的存在。所以，如果物體的運動會形成“以太風”效應(yīng)，就如同我們在奔跑時，即便是沒有風（相對靜止的風），也會感覺到風的存在。用這種方法就可以得出地球在宇宙中運動的絕對速度（相對以太）。

而邁克爾遜和莫雷也用類似的方法測量不同運動狀態(tài)下的光速，以此來尋找以太的真實存在。但無論他們多么努力，等來的都是“冰冷冷”的結(jié)果：無論在何種運動狀態(tài)下測量光速，得到的數(shù)值都是不變的，都是30萬公里每秒！

這樣的結(jié)果顯然是矛盾的。只有兩種解釋：要么邁克爾遜莫雷實驗是錯誤的，測量不準確。要么以太的概念就是錯誤的，以太根本不存在。

以太不存在？當時的物理學(xué)界是不允許出現(xiàn)這種結(jié)果的，因為那意味著絕對時空觀的轟然倒塌，幾百年來一直統(tǒng)治物理學(xué)界的經(jīng)典力學(xué)是不嚴謹?shù)模@對物理學(xué)界是太大的打擊，經(jīng)典力學(xué)在他們心目中的地位早已根深蒂固！

在邁克爾遜莫雷做過實驗之后，物理學(xué)家們紛紛站出來，做了類似的實驗，實驗過程更加嚴謹，精確。但結(jié)果沒有任何改變：無論他們?nèi)绾螠y量，光速就好像具有某種意識一樣，就是不變，恒定的速度，30萬公里每秒。

怎么辦？邁克爾遜莫雷實驗和以太之間的矛盾就像一只“蒼蠅”一樣卡在物理學(xué)家嗓子眼里，讓他們渾身不舒服！

關(guān)鍵時刻，愛因斯坦顛覆性的大腦思維改變了一切，他看到了問題的關(guān)鍵所在：既然實驗本身是沒有問題的，那么肯定是以太的問題。而以太的概念本身就是一種假設(shè)，又與嚴謹?shù)膶嶒炏嚆＃纱嘀苯訏仐墸磺袉栴}不就解決了？

于是愛因斯坦用“奧卡姆剃刀”（這個原理很實用，尤其是在我們?nèi)粘Ｉ钪杏龅礁芫臅r候，大家可以了解一下）一下把以太“咔嚓”掉了。

同時，愛因斯坦提出了自己的假設(shè)，這就是“光速不變原理”：光速是絕對的，在任何參照系和運動狀態(tài)下都保持不變。

牛頓的絕對時空觀轟然倒塌，愛因斯坦建立起來了相對時空觀。以“光速不變原理”為前提（還有一個前提是相對性原理），愛因斯坦建立起了偉大的狹義相對論。

光速不變原理和以太的概念都是假設(shè)，但顯然前者比后者更具說服力，因為它有嚴謹?shù)膶嶒瀬碇危粌H僅是一個假設(shè)。一開始物理學(xué)界并不太承認狹義相對論，但隨著越來越多的證據(jù)不斷涌出，外界也不得不承認。

狹義相對論給了我們一個全新的世界觀，宇宙觀，徹底顛覆了傳統(tǒng)的絕對時空觀。之后愛因斯坦把“洛倫茲變換”加入到狹義相對論方程里，光速極限，時間膨脹，尺縮效應(yīng)，質(zhì)增效應(yīng)等應(yīng)用而生。

速度（光速），首次和時間有了密不可分的聯(lián)系。為何會這樣？其實答案很簡單。在牛頓的絕對時空觀里，時間和空間都是絕對的，光速（速度）會隨著參照系的改變而變化。但在愛因斯坦的相對時空觀里，光速是絕對的，這意味著時間和空間必須隨著參照系有所改變，只有這樣才能保證光速不變。光速與其他速度疊加之后不會發(fā)生改變，合成公式為：

通俗來講，光速會根據(jù)你的運動狀態(tài)發(fā)生改變，你快光速就快，你慢下來光速也就“慢下來”，光速會根據(jù)你的運動狀態(tài)而相應(yīng)地發(fā)生改變。

更嚴謹來講，光速不僅僅是速度，光速并不是指光的速度，更應(yīng)該是四維時空的一種內(nèi)在秉性，任何靜質(zhì)量為零的物質(zhì)傳播速度都是光速，信息的傳播速度也是光速，比如說引力波和膠子的傳播速度都是光速。

上面說了，為了保證光速不變，時間和空間必須相應(yīng)改變，于是就出現(xiàn)了時間膨脹和尺縮效應(yīng)，公式如下：

公式中可以看出，速度越快，時間就越慢，當無限接近光速時，時間就趨于停止。公式的推導(dǎo)過程并不復(fù)雜，一切都基于光速不變原理，之前發(fā)表的文章有說明，這里不再詳述，有興趣的朋友可以簡單試試。

狹義相對論的核心之一是“光速不變原理”，但有一點不容忽視，那就是參照系的選擇。不少人之所以不愿意相信相對論，就是因為在參照系不斷轉(zhuǎn)換的情況下迷失了方向，弄錯了方向。

最后的強調(diào)：

光速原理是假設(shè)

光速不變原理是假設(shè)

光速不變原理是假設(shè)

重要的事情說三遍！什么，假設(shè)的東西我們憑什么相信？

我們真的可以有權(quán)利不相信，然后提出自己的假設(shè)，但正如“以太”這個假設(shè)的概念一樣，如果你提出的假設(shè)能比光速不變原理更適用，更能解決經(jīng)典力學(xué)與麥克斯韋方程組之間的矛盾，更符合實驗觀測，更能經(jīng)得住考驗，你肯定比愛因斯坦更牛！人們也肯定更相信你的假設(shè)。

但問題是你不能，我不能，截至大家都不能。

而且，假設(shè)的前提越多，就越容易出錯。任何一個假設(shè)就像一顆定時炸彈一樣引爆出更多的矛盾。這就像是謊言，為了圓一個謊言，之后需要不斷編造更多的謊言。所以假設(shè)越少，出錯的幾率就越低。而愛因斯坦僅僅用兩個假設(shè)（另外一個是相對性原理）就提出了偉大的狹義相對論！

所以，我們不妨心平氣和地接受狹義相對論，何況一百多年來越來越多的事實已經(jīng)證明了狹義相對論，手機導(dǎo)航系統(tǒng)就是最好的說明。

非要拒絕相對論來表明你的“與眾不同”？