什么是相对论？

相对论（英语：Theory of relativity）是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。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。不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非经典的=量子的”。在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。

爱因斯坦相对论的主要内容是在经典物理学的基础上引入相对性理论，把经典物理学的适用范围扩展到大空间高速度领域。

在人们试图测量绝对速度的时候发现，不但无法测量绝对速度，而且还发现了一个让经典物理学几乎崩溃的事实：速度是不能叠加的。一直以来让人坚信不移的速度叠加原理竟然是错的，使所有建立在叠加原理基础上的物理理论都面临颠覆的命运。

在这个情况下，爱因斯坦总结了前人的理论和实验，在此基础上提出了相对论物理学，重新确立了经典物理学在低速度、小空间范围内的正确性和权威性，扶大厦于将倾，巩固了经典物理学的权威地位，并通过引入相对性原理把经典物理学推广到了广域的宇宙空间的应用范围。

很多人以为相对论推翻了牛顿力学，其实正相反，是相对论巩固和发展了牛顿力学。

相对论对经典物理学的发展主要体现在下面几点上：

1、光速不变原理，

这一原理的提出起源于麦克尔逊－莫雷实验，实验发现光速不能与任何速度相叠加。

这使物理学界一片哗然，因为延用了上百年让人坚住不移的速度叠加原理竟然是错的。

许多物理学家都在思考这个问题，有人说是实验的误差，也有人干脆说经典物理学需要全面推翻重建新的物理体系。

爱因斯坦站在相对性原理的角度，重新审视了这个实验，悟出了一个重要的道理：

单独一个物体不存在速度的概念（这是唯一与经典物理学不同的地方，但是经典物理学不排斥速度的相对性，比如伽利略变换就建立在速度的相对性上。）。

速度只在相对另一物体时才存在。也就是说：一个物体的“速度”与这个物体本身没有关系，而中由与这个物体没有关系（这里说的关系是对上面的物理规律的影响）的另一物体来决定的。比如地面上某一点的速度：可以是相对人走的速度，可以是相对汽车的速度，甚至可以是相对流星的速度……。参照系可以任意选取，选取什么为参照系对地球表面上任何物理现象都没影响。然而光速怎么可能会随着人们选择不同的参照系就乱改变呢？因此爱因斯坦提出了光速不变的假设，注意当时只是假设，是相对论的萌芽初斯的想法。

他发现，问题就出在相对性上面了。

速度是两个物体之间的距离变化的快慢关系。因此，只在两个物体之间有意义。第三个物体不能直接参与评价。比如说：A与B相对速度是A与B距离变化的快慢关系，与C无关，C和B的相对速度是C与B的关系，与A无关。A与C之间的相对速度只在AC间有意义，与B无关。

假如A看C和B的相对速度，其实看到的是A与B的速度和A与C的速度，而不是真正的B与C的速度。但是两个速度之间应该能找到一个变换关系来间接获得B与C的相对速度，爱因斯坦开始寻找这个变换关系。

爱因斯坦注意到了洛伦兹变换，这个变换在洛伦兹推导出来后已被束之高阁了数十年没人理会了。连洛伦兹本人也不认为有什么重要价值。

通过一系列的实验、数学推导和论证，爱因斯坦最终发现，洛伦兹变换正是他要找的那个速度之间的变换关系。

这个变换使爱因斯坦完成了他的相对论的基础理论，被称为狭义相对论。

2、加速度与引力场：

F＝ma，这是学过牛顿力学的人都能倒背如流的公式。在相对论中这个公式依然成立（有人说不成立了，那是对相对论的误解，相对论继承了除速度的叠加原理外的所有经典物理学的理论。）但是这一公式的内涵发生了扩充：a＝F/m，这是在相对论中的公式。意思是加速度等于引力场强度（单位质量所受的引力）。

3、质能公式：

在相对论中，一切都是相对的，没有相对就不存在速度的概念，速度是两个物体相对距离变化快慢的物理量。单独一个物体不存距离的问题，因此也就更不会存在距离的变化（速度）问题。

换句话说，单独一个物体的速度没意义，可以是任意值。就像0/0没意义一样，因为0×任意数都是0，所以0/0是任意数。

由于F＝ma，所以，质量转化成能量的公式就应该是：（两边乘距离S）FS＝maS，即E＝maS=mv²，但是，在相对论中，单独一个物体是没有速度概念的，所以这里的v一定是相对任何物体都恒定不变的值，那就是光速c。

换个角度来理解也可以，当m全部转化为能量时，m消失了，代之而来的是能量以光速辐射出去。所以得到质能公式为：E＝mc²

4、时间的相对性：

a＝v/t，t＝v/a，a是引力场，t是时间，v是什么？一个物体没有速度，唯一的速度就是相对光的速度。因此时间公式就是 t＝c/a，也就是说，时间与引力场强度成反比。

说明一下：原本有人认为这个公式前面应该有一个系数，因为 a＝dv/dt，其中v又是t的函数，积分后应该会有一个常数。导致很多科学家（包括爱因斯坦）都在寻找这个常数（称为宇宙常数），一直没有结果。

我在这里把那个常数去掉了。因为我认为，那个常数有可能就是1。套一下这个公式，我们发现我们的 1秒＝c/a的话，我们地球的加速度不是非常大吗？等于300000000牛顿/千克。

是的，我们相对太阳在旋转，相对银河在旋转，谁知道银河又在以什么样的速度绕什么地方旋转呢？而那个地方又在绕哪里旋转？我们在宇宙中所处的这个空间的引力场到底有多大谁又计算过呢？谁能证明不是300000000牛顿/千克？

我们用的质量单位是我们定义的，我们的力的单位也是我们定义的，我们的长度单位也是我们定义的，那么我们的时间不是也一样可以由我们来定义吗？我们把地球表面的引力场定义为g＝98牛顿/千克，我们为什么不能把我们所处的空间总引力场强度定义为 c/t ？

5、空间的弯曲：

空间按维数划分为：0维(点)，1维(线)，2维(面)，3维(立体)，4维(时空)

0维空间不会弯曲，没资格。

1维空间可以弯曲，但是需要在二维空间表达。

2维空间可以弯曲，但是需要在三维空间表达。

低维空间的弯曲要在高维空间表达。

时间是相对的，因引力场的强度而改变，因此，四维空间也必然会弯曲，但是四维空间的弯曲必须在五维空间才能表达。因此，我们无法直接体会时空弯曲的形象是什么样的。只能借助数学表达。那就是某个轴的长度发生了变化。

引力场强度决定了时间轴，所就使空间发生了弯曲。

阿尔伯特·爱因斯坦著名的相对论已经在现实世界中得到证实，以日食、扭曲的星系甚至宇宙的结构来衡量。（版权所有）美国宇航局

保罗萨特是俄亥俄州立大学的天体物理学家和COSI科学中心的首席科学家。萨特同时也是“询问太空人”和“太空电台”的主持人，并领导世界各地的太空旅行。萨特将这篇文章贡献给了太空专家之声：专栏与洞察。

我们都知道并热爱世界上最受欢迎的引力理论：广义相对论（GR），它最初是由阿尔伯特·爱因斯坦自己创造的，用了七年时间才完成，并提供了对世界运行方式的惊人洞察。

很容易用两个精辟的语句来说明理论的本质：“物质和能量告诉时空如何弯曲，时空的弯曲告诉物质如何移动。”但实际的力学需要10个方程来描述，每个方程都非常困难，并且彼此之间高度关联。[爱因斯坦的广义相对论：一个简化的解释]

作为一个好的怀疑论者，我们不应该一开始就相信这种数学上的纠结，即使它来自除了爱因斯坦以外的任何人的大脑。相反，我们需要证据。很好的证据。

一个神圣的信使

在他的新理论的所有特征中，爱因斯坦以其解释水星轨道细节的能力而自豪。那颗最里面的行星有一个稍微椭圆形的轨道，而那个椭圆绕着太阳转得非常慢。换言之，水星离太阳最远的地方会随着时间慢慢变化。

如果你对太阳-水星系统应用简单的牛顿引力，这种随时间变化的称为进动的现象不会出现——艾萨克-牛顿的观点是不完整的。一旦你加上其他行星引起的轻微的引力推动和调整，几乎所有的岁差都可以解释…但不是全部。到20世纪初，这是太阳系动力学中一个众所周知的问题，但并没有引起太多争议。大多数人只是把它加入了一个不断增长的“关于宇宙我们无法解释的稍微奇怪的事情”的列表中，并假设有一天我们会找到一个平凡的解决方案。

但是爱因斯坦不是大多数人，他认为水星给了他一个线索。经过多年的尝试，当他能够弯曲他一般的相对论肌肉，精确地解释水星的轨道奇异性时，他知道他终于破解了引力密码。

弯曲光

在爱因斯坦对大GR进行最后润色之前，他对引力的性质有了一些惊人的认识。爱因斯坦解释说，如果你被孤立在一艘火箭飞船上，火箭飞船的加速度平滑而恒定地达到1g，提供与地球引力相同的加速度，那么你实验室里的一切都将与地球表面上的一切一模一样。物体将以与地球相同的速度落在地面上；你的脚将牢牢地固定在地板上，等等。

重力（如地球上的经验）和加速度（如火箭中的经验）之间的等价物推动（双关语）爱因斯坦向前发展他的理论。但在这种情况下隐藏着一种令人惊讶的洞察力。想象一下一束光线进入飞船左侧的窗户。当光穿过飞船离开时，它将在哪里？”从外部观察者的角度来看，答案是显而易见的。光以一条完美的直线传播，垂直于火箭的路径。当光线穿过时，火箭向前推进。然后光线会进入一个窗口的火箭——比如说，靠近底部和靠近底部的出口，靠近发动机。为了使光进入靠近发动机尖端和出口的窗口，光束的路径必须是弯曲的。确实，这正是你所看到的。

和自从gravity和加速度是完全一样的，光必须沿着弯曲的路径围绕着大量的物体。

很难通过实验观察到这一点，因为你需要大量的质量和一些接近表面的光才能获得可探测的效果。但是1919年的日食证明了这是一个正确的机会，亚瑟·埃丁顿爵士带领的一个探险队发现了爱因斯坦早期理论所预言的遥远星光的精确移动。[日全食如何帮助证明爱因斯坦关于相对论的正确]

看到红色的

另一个有趣的结果从围绕广义相对论的创造性思维实验中弹出。这个结论依赖于老式的多普勒效应，但它适用于一个不熟悉的场景。

如果有东西离开你，它产生的声音会被拉伸，向下移动到较低的频率-这就是多普勒效应。同样的道理也适用于光：一辆远离你的汽车看起来比静止时稍微红一点。（红灯越亮，频率越低。）

警察可以利用这一转变，把灯从你的车上弹下来，抓住你超速。下一次你被拦下的时候，你可以利用这个机会来反思重力的本质。

因此，如果移动改变了光的波长，那么加速度也可以：一点光从加速火箭的底部到顶部移动，就会经历红移。在GR下，加速度等于重力。这是对的：从地球表面发出的光会随着它向上传播的距离越来越远而逐渐变红。

花了几十年的时间才最终证明了这一预测，因为其影响是如此之小。但在1959年，罗伯特·庞德和格伦·雷布卡提出、设计、建造并执行了一项实验，使他们能够测量光沿着哈佛大学杰斐逊实验室的几层楼向上移动时的红移。

从未停止对

的测试，即使有了所有这些证据，我们仍在继续对广义相对论进行测试。爱因斯坦伟大工作中的任何裂痕都会引发一种新的引力理论的发展，也许会为揭示这种力的全量子性质铺平道路。这是我们现在根本不明白的。

但是在所有方面，GR都有飞行的颜色；从敏感的卫星到引力透镜，从围绕巨大黑洞的恒星轨道到引力波的涟漪和宇宙本身的演化，爱因斯坦的遗产可能会持续相当长的一段时间。

通过听插曲“认真地说，重力是什么？”？（第2部分）“关于“询问太空人”的播客，可在iTunes和网站://Ask a Spaceman上找到。感谢Andrew P，Joyce S，@Luft08，Ben W，Ter B，Colin E，Christopher F，Maria A，Brett K，Bryguythefflyguy，@MarkRiepe，Kenh L，Allison K，Phil B和@shrenic shah提出的问题，这些问题导致了这篇文章！在Twitter上使用AskASpaceman或关注Paul@PaulMattSutter和facebook/PaulMattSutter来问你自己的问题。关注我们@Spacedotcom、Facebook和Google+。关于太空的原始文章。“

最浪漫的求婚方式，其实真的挺普通的，没有什么高级餐厅，也没有全城广播电台，就是一句普普通通的“你愿意娶我吗？”没错，是女孩子对男孩子的求婚，这是以为勇敢的女孩子，既然心上人没空，那么她就去嫁给他！

这是我在微博上看的一个小视频，男孩子是一个消防兵，所以基本上休息时间特别少，即使有休息时间也要时刻待命，因为他的工作性质的原因，他害怕自己不能够给女孩未来安稳的生活，所以就迟迟没有求婚。

在他生日那天，他还在队里训练，然后她女朋友穿着婚纱过来了，所有的战友站成两排，女孩有过那些战友，走到男孩面前说“你总是忙，没有时间找我。那我就过来找你，你愿意娶我吗？”

当时，男孩感动的热泪盈眶，我也是。

最浪漫的求婚就是我不在乎你是什么职业，我也不在乎你能够给我多少，我也不在乎到底是谁求的婚，因为和我对你的爱相比，这些都是可以克服的东西。

浪漫一直是一个相对论，对于清洁工来说，浪漫可能是生日时对方给加的餐，对于职场人来说，浪漫可能就是下班回家留的那一盏灯。

所以浪漫对于每个人的定义都是不一样的，我见过最浪漫的求婚就是这个，女生穿着婚纱，男生穿着作训服，即使两个人之间隔着什么，却还是愿意翻山越岭的去拥抱你。

《人生相对论》讲述了一个爱情、友情、家庭等多方面的故事，其中刻画了多个女主角。第一个女主角是苏菲，故事开始时，男主角余淮遇见了苏菲，两人几经波折，最终相爱并结婚。苏菲性格温顺、乐天，是一个精于细节的女孩。她用心经营幸福的家庭生活，并在家人疾病的面前承担起了坚强的责任。第二个女主角是陈微微，她是一位泼辣、独立的职业女性，也是余淮的前女友。她在余淮的另一段爱情中扮演一定的推动作用，同时在职场上也是一位有能力的职场女性代表。第三个女主角是欧阳子，她是一个高傲、自负的女孩，同时也是一个才华横溢的设计师。她在工作上的成就也引起了男主角的注意，并在他们之间形成了一段浪漫的爱情故事。但最终，她放弃了自己的事业和追求，选择了爱情和家庭。在《人生相对论》中，以上三位女性形象分别展示了不同的性格和价值观，同时也是三种不同的相处方式和个人经历对待与质疑传统男女角色的不同成功尝试。