相對論，是相對的什麼？

相對論相對的是什麼？

來自把科學帶回家

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同學們家長們大家好，我們繼續來講相對論了。

牛頓沒有解決的問題愛因斯坦解決了。引力的產生是因為物體對空間的扭曲，這麼抽象的事情用一個床單就能解釋清楚。可是這畢竟是床單啊，空間到底又是如何被扭曲的呢？

這個問題的答案就要從相對論這個名字開始說起了，主要是「相對」這兩個字。不知道同學們知道不知道相對這個詞在我們日常生活中是什麼意思，它的反義詞是絕對。即使不知道也沒有關係，聽完我的解釋大家就明白了。

最早把相對的概念引入到科學中的並不是愛因斯坦，而是伽利略。之前我們講過100年前愛丁頓的故事，也講過300多年前牛頓的故事，這一次我們將要回到400多年前。

有關伽利略的故事大家應該聽過了不少。他因為支持哥白尼的日心說，被教皇監禁；他發明了天文望遠鏡，成為第一個用望遠鏡看向天空的人，發現了月球上的環形山、木星衛星以及太陽黑子等等天文現象；他還發現了很多運動和力有關的物理規律，牛頓的成績很大程度就是建立在他的基礎的。他也是公認的現代科學之父。

把相對的概念引入到物理中就是他的一個重要貢獻，他認為運動是相對的。什麼意思呢？舉個例子，先問一下，你是喜歡運動還是喜歡靜靜地看書或是聽科學呢？不論你的選擇是什麼，你應該都能感覺到運動是很累的，靜止不動就會輕鬆，這一點我想大家都不會懷疑。但是你們知道嗎？即使你睡覺的時候，也是在快速地運動著的，而且還快得超過了飛機的速度。

這個時候你是不是就開始懷疑了。怎麼可能啊，我們睡覺醒來還是在自己的房間，在自己的床上，絲毫沒有改變啊。這怎麼能說我快速移動呢，還比飛機快，絕對不可能。別這麼著急下結論，要是你的床，你的房間和你一起以相同的速度快速運動，這個時候你還能感覺出來嗎？不要懷疑你的床和房間也會運動，因為正在運動的是地球本身。

繞地球一圈，在赤道上是4萬公里，地球一天也就是24個小時自己就會轉一圈。這就是說，在地球的任何東西，不論是床還是房間，或者是你自己都會隨著地球轉動。如果在赤道上的話，就是坐著不動日行4萬公里，相當於是1小時運行1600多公里，一秒鐘460多米，超過了聲音的1秒鐘340米的速度。當然我們不在赤道，在地球其他地方速度會慢一些但仍然是一個很驚人的速度。

這其實就是伽利略指出的運動是相對的。你以為睡覺的時候是靜止不動的，這沒有錯，這是因為你和你的床進行比較。要是和地球外面的某個東西做比較的話，你就是在和地球在一起旋轉。這還只是考慮了地球自轉的情況。如果是和太陽作比較，地球繞著太陽旋轉，速度就更快了，可以到達1小時10萬公里。這還不是最誇張的，太陽系整個都是在繞著銀河系的中心進行旋轉的，如果和銀河系中心的黑洞作比較的話，那你睡覺是的速度可就是1小時90萬公里了。這還不是最快的，如果加上銀河系在宇宙中的速度是可以達到1小時216萬公里的。

所以，你還敢隨隨便便就說你是在靜止不動地躺著睡覺嗎？按照伽利略的要求，你一定要這說才是正確的，也就是你相對於自己的床是靜止的。同樣，如果一個東西是在運動的，就比如正在馬路上跑著的汽車，速度挺快吧。這是相對於地面，如果是相對於旁邊並行的汽車，或者在汽車上坐著的人，汽車就是靜止的。

伽利略說的運動是相對的，這個現在來看是不是還蠻簡單的？而且應該是絕對正確的，非常符合我們日常經驗。甚至我還能根據這個運動的相對性知道更多。你正坐在每小時300公里的高鐵上，相對於地面你的速度也是300公里每小時。這時候，你開始在高鐵上做遊戲，跑了起來。你在火車上奔跑的速度是10公里每小時。那你相對於地面的速度是多少呢？如果奔跑的方向和火車一樣，那麼你相對於地面的速度就是300+10=310公里每小時；如果奔跑的方向和火車相反，那麼你相對於地面的速度就是300-10=290公里每小時。

本來這一切是很完美的，伽利略和他的繼承者牛頓也用這個原理解決了很多問題。可是，就當所有人都認為這是絕對的真理的時候。科學家發現了一個特別奇怪的事情。讓這個正確了幾百年的理論根基發生了動搖。

還是上面動車的例子，不再是你來回奔跑了，跑來跑去你也會很累的，而是用手電筒射出的光線來代替你奔跑。光的速度相對於火車是1秒鐘30萬公里，動車的速度不變還是300公里每小時。如果我再問，相對於地面，這一束光的速度是多少呢？你是不是覺得，也要先判斷一下光線的方向是不是和動車方向一樣。如果一樣的話，兩個速度相加，如果不一樣的話兩個速度相減。

問題就出現在這裡。最後實驗證明，不論光線是射向車頭還是車尾，從火車外面去看，光速都是30萬公里每秒，和在火車裡面的速度是一模一樣的。光速和火車的速度沒有關係。不只是火車上，任何情況下，光速都是不變的。這就是運動的相對性出現了矛盾，光速是不變的，也就是說它是絕對的。這太難以想像了，就好比你做數學題，計算10+10等於幾，結果正確答案不是20，而是仍然是10。科學家們看到光速不變，就和你看到10+10=10是一樣詫異的。

現實和理論出現了偏差，錯的一定不會是現實，一定是理論出錯了。這個問題突破了很多人的想像，最後還是愛因斯坦出現拯救了大家。他告訴我們，相對的不是運動，而是時間。運動的越快的東西時間就會過的越慢，當達到了光速的時候時間就會停止了。而且任何物體的速度都不能超過光速，超過光速就會帶來時間倒流。這就是相對論了。為什麼光的速度不變，就可以推斷出時間會變化呢？愛因斯坦是怎麼得到這個結論的呢？我們下次再繼續介紹。

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