為何說“速度越快時間就越慢”？深扒狹義相對論的“祖墳”！

在牛頓經典力學統治的物理學時代，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”）！

牛頓的經典力學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治了物理學界幾百年時間，直到時間來到了19世紀末。

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

除了“兩朵烏云”仍舊飄浮在物理學界的天空中！

而正是“兩朵烏云”中的“其中一朵烏云”，徹底顛覆了物理學家們自認為已經建好的物理學大廈，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。以太概念的提出是為了協調牛頓經典力學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，牛頓經典力學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，只與真空的磁導率和介電常數有關。

兩者之間的“矛盾”就像一顆炸彈一樣引爆了物理學界，牛頓和麥克斯韋都是大佬級別的存在，牛頓的經典力學統治了物理學界幾百年，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美，看起來就像是“上帝的公式”，當時的物理學家們也“不敢得罪”。

那怎么辦呢？“左右逢源”是最好的方式。物理學界們開始了各種假設，來協調兩者之間的矛盾，在這種大背景下，“以太”的概念應運而生。

當時的物理學家們認為，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。這本沒有什么問題，因為任何科學理論一開始都是從假設開始的，只要這個假設能經得起人們不斷地驗證，能經受得住考驗就是好的假設。

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，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”的結果：無論在何種運動狀態下測量光速，得到的數值都是不變的，都是30萬公里每秒！

這樣的結果顯然是矛盾的。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？當時的物理學界是不允許出現這種結果的，因為那意味著絕對時空觀的轟然倒塌，幾百年來一直統治物理學界的經典力學是不嚴謹的，這對物理學界是太大的打擊，經典力學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。但結果沒有任何改變：無論他們如何測量，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”一樣卡在物理學家嗓子眼里，讓他們渾身不舒服！

關鍵時刻，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，又與嚴謹的實驗相悖，干脆直接拋棄，一切問題不就解決了？

于是愛因斯坦用“奧卡姆剃刀”（這個原理很實用，尤其是在我們日常生活中遇到杠精的時候，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，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，但顯然前者比后者更具說服力，因為它有嚴謹的實驗來支撐，不僅僅是一個假設。一開始物理學界并不太承認狹義相對論，但隨著越來越多的證據不斷涌出，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，質增效應等應用而生。

速度（光速），首次和時間有了密不可分的聯系。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生改變，合成公式為：

通俗來講，光速會根據你的運動狀態發生改變，你快光速就快，你慢下來光速也就“慢下來”，光速會根據你的運動狀態而相應地發生改變。

更嚴謹來講，光速不僅僅是速度，光速并不是指光的速度，更應該是四維時空的一種內在秉性，任何靜質量為零的物質傳播速度都是光速，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改變，于是就出現了時間膨脹和尺縮效應，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。公式的推導過程并不復雜，一切都基于光速不變原理，之前發表的文章有說明，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換的情況下迷失了方向，弄錯了方向。

最后的強調：

光速原理是假設

光速不變原理是假設

光速不變原理是假設

重要的事情說三遍！什么，假設的東西我們憑什么相信？

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

但問題是你不能，我不能，截至大家都不能。

而且，假設的前提越多，就越容易出錯。任何一個假設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。所以假設越少，出錯的幾率就越低。而愛因斯坦僅僅用兩個假設（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證明了狹義相對論，手機導航系統就是最好的說明。

非要拒絕相對論來表明你的“與眾不同”？