相對論以勢不可擋的姿態(tài)揭開了這個(gè)荒誕世界的外衣，再次讓人類意識(shí)到自身的無知和渺小。

談這個(gè)問題前，先說說量子力學(xué)和相對論的區(qū)別：

第一，量子力學(xué)是一大堆科學(xué)家頭腦風(fēng)暴的產(chǎn)物，相對論則是愛因斯坦一個(gè)人拿下的。

第二，量子力學(xué)是積小流成江海，從普朗克°開始一點(diǎn)一滴累積起來的，相對論，則是橫空出世，一蹴而就。

第三，量子力學(xué)無論多么荒誕，至少都是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開始的，為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果拼湊出各種理論公式，相對論則是由愛因斯坦憑空捏造，之后再根據(jù)理論去尋找實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

第四，量子力學(xué)收割了成堆的諾貝爾獎(jiǎng)，相對論自始至終都沒有獲獎(jiǎng)。

第五，量子力學(xué)早已廣泛應(yīng)用，這點(diǎn)很多人可能不知道，以為量子力學(xué)只是物理學(xué)家的游戲，其實(shí)現(xiàn)代科技取得如此輝煌的成就，多半都是量子力學(xué)的功勞，而相對論呢，除了用于計(jì)算校準(zhǔn)，完全沒有提供任何生產(chǎn)技術(shù)。

第六，量子力學(xué)應(yīng)用于微觀，電子、質(zhì)子等等，相對論應(yīng)用于宏觀，恒星、時(shí)間、空間這些。

第七，量子力學(xué)描述的世界是一段一段的、量子化的，相對論描述的世界則是連續(xù)的。

你說說，這種嚴(yán)絲合縫的巧合是不是有點(diǎn)過分了，讓人不免懷疑，這是不是上天在捉弄人類。相對論和量子力學(xué)就好像商量好一般，如此矛盾，卻又都如此驚世駭俗，真是折磨了一代又一代的物理人！

物理學(xué)家天生有「大一統(tǒng)思想」，最好把宇宙間所有規(guī)律歸納成一個(gè)公式。為了撮合這兩個(gè)理論，人類付出了無比艱辛的努力，這段可歌可泣的故事，咱們留著以后慢慢說。

其實(shí)在經(jīng)典物理學(xué)時(shí)代，也是個(gè)大統(tǒng)一的故事，經(jīng)典物理經(jīng)歷了開枝散葉的「牛頓時(shí)代后，又逐漸歸攏走向統(tǒng)一。

「大統(tǒng)一」路上的巔峰之作，非「麥克斯韋方程組」莫厲，至少排名人類最偉大公式前三甲！

這事說起來很簡單，原本「電」和「磁」是兩路人，但自從法拉第Q發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后，大家都知道電和磁早就有一腿了，卻苦于沒有牽線搭橋的媒婆。正當(dāng)大家干著急時(shí)，麥克斯韋大筆一揮，從此電、磁成了一家人。

麥克斯韋方程組以無比優(yōu)美的形式，完整闡述了電和磁的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，堪稱物理學(xué)難得見的白富美！既然是白富美，就免不了招蜂引蝶，其中就有我們今天的主角，愛因斯坦。

愛因斯坦一直對「光」情有獨(dú)鐘，光是一種電磁波，電磁波的事情歸麥克斯韋管，于是愛因斯坦就很癡迷地看著這組方程。這情景，神似楊過悟出黯然銷魂掌，愛因斯坦看著看著，豁然頓悟，提出了一個(gè)銷魂的假設(shè)：光速不變原理。

光速不變原理是什么意思呢？舉個(gè)例子：你站在路邊不動(dòng)，我騎車速度10，妹子開車速度50，那么妹子對你來說速度是50，對我來說速度是 40。

這個(gè)是我們正常的理解，對吧？

同樣的場景，把妹子換成「一束光」，那么應(yīng)該是：光對你來說速度是三十萬，對我來說是 29萬9990，對吧？愛因斯坦說，你們太不了解「光」了，無論你們的速度是多少，她的速度永遠(yuǎn)都是三十萬。

極端一點(diǎn)，你的速度是0，而我的速度是 29萬9999，同一束「光」經(jīng)過我倆，這束光對你來說速度是300000，對我來說也是300000！

那這到底是一束光還是兩束光?。慨?dāng)然是一束光，只不過，這束光在不同的人看來，永遠(yuǎn)都是一樣的速度。相對論的起點(diǎn)就是來自這么一個(gè)無比荒誕的假設(shè)：光速不變原理！

既然光速絕對不變，那應(yīng)該叫做 「絕對論」，干嘛叫「相對論」呢？

相對論這個(gè)概念是與「絕對時(shí)空觀」相對應(yīng)的，學(xué)術(shù)點(diǎn)說，一切物理定律在所有慣性參照系中具有相同的數(shù)學(xué)形式，學(xué)名「相對性原理」，這是相對論的第二個(gè)假設(shè)，我知道你看不懂這句話的意思，別著急。

這個(gè)話題又有點(diǎn)哲學(xué)的味道了。

回到剛才的場景，我騎車的速度是 10，而你站在路邊不動(dòng)，假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)或者說全宇宙只剩下你我，那么到底是誰在動(dòng)？

在你看來是我在動(dòng)，在我看來是你在動(dòng)，為了搞清楚誰在動(dòng)，就把這事說成：我相對于你的速度是 10。這是高中物理的內(nèi)容，今天的人不難理解，不過在當(dāng)時(shí)「以太」學(xué)說的背景下就不一樣了。

什么是「以太」？

又是亞里士多德這位老同學(xué)提出的概念：空間是以太組成的，只是我們看不見而已，靜止和運(yùn)動(dòng)都是相對空間而言，也就是說「我相對于空間的速度是10」，而不是「我相對于你的速度是 10」。這種觀點(diǎn)，再算上亙古不變的一維時(shí)間，稱之為牛頓時(shí)代的「絕對時(shí)空觀」

這在當(dāng)時(shí)是很主流的一個(gè)假說，著名的科學(xué)家邁克爾遜，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，絕對的大牛人，他就一直在找以太，結(jié)果找了8年，親手把以太理論給掐死了。

回到相對論

「光速不變原理」＋「相對性原理」，好吧，那然后呢？憑這兩個(gè)就能顛覆世界了？沒錯(cuò)，有這兩樣?xùn)|西就夠了，大家注意，老司機(jī)愛因斯坦開始飚車了！

假設(shè)老司機(jī)把車速飆到光速的 50%，然后，車廂天花板發(fā)出一束光，垂直照到地板上。對車廂內(nèi)的人來說，車廂是沒有速度的，相當(dāng)于在一個(gè)靜止的車廂里，從上往下照一束光，那么結(jié)果很簡單，這光就是直線照到地上而已。所以這束光走過的路程就是車廂的高度，花費(fèi)的時(shí)間：車廂高度/光速。

但對車廂外的人來說，事情就有點(diǎn)麻煩了，光束是在移動(dòng)的車廂里從上往下照的，這個(gè)過程中車廂一直在移動(dòng)，所以光走的路徑是一條斜線。

就好像從車廂頂部打一顆子彈到地上，在車廂內(nèi)的人看起來，子彈是直線下落的，但在車廂外的人看來，子彈其實(shí)是斜著落地的，斜著跑當(dāng)然比直線跑的路程更遠(yuǎn)。

這在經(jīng)典物理學(xué)里面是沒啥問題的。因?yàn)樽訌椀乃俣冗€得加上車廂移動(dòng)的速度，所以子彈的實(shí)際速度是增加了，即便路程增加了，最后算下來時(shí)間是一樣的。

但是，愛因斯坦說了，光速是不變的，無論你車廂移動(dòng)速度是多少，光速始終還是那個(gè)光速，于是，事情就大條了，因?yàn)槁烦套兌嗔耍馑俨蛔?，這樣算下來時(shí)間也就得變多了！

同樣一件事，車廂內(nèi)的時(shí)間比車廂外的時(shí)間多，這說法不好交代吧。

愛因斯坦說，這有啥，光速是不變的，只能委屈時(shí)間了，沒錯(cuò)，車廂內(nèi)的時(shí)間膨肚了！

時(shí)間這東西看不見摸不著，愛因斯坦怎么說都行。咱們換個(gè)例子。

老司機(jī)飚車的過程中，在車廂的中間位置，閃一下光，相當(dāng)于點(diǎn)亮一個(gè)電燈泡，對車廂內(nèi)的人來說，車廂是靜止的，那么光線應(yīng)該是同時(shí)照亮前壁和后壁。但對車廂外的人來說，車在前進(jìn)，而光速不變，所以光應(yīng)該先照亮后壁，然后再照亮前壁。這就不是時(shí)間膨脹不膨脹的問題了。

如果前后壁分別有個(gè)接收器，那么這兩個(gè)接收器到底是同時(shí)接收到信號，還是一前一后接受到信號。

愛因斯坦說，你們壓根不知道啥叫「同時(shí)」，如何判斷在兩個(gè)地方發(fā)生的兩個(gè)事件是否同時(shí)？當(dāng)這兩個(gè)事件發(fā)生的瞬間各自發(fā)出一個(gè)閃光信號，如果光同時(shí)到達(dá)這兩個(gè)地方的中間位置，那么就認(rèn)為這兩個(gè)事情是同時(shí)發(fā)生的，不然就是不同時(shí)的。所以車廂內(nèi)的人看是同時(shí)的，車廂外的人看是不同時(shí)的，「同時(shí)」也是相對的。

各位看明白沒？這「光」真是集愛因斯坦萬千寵愛于一身，連時(shí)間都要按照光的腳步走。

再舉個(gè)例子，假設(shè)太陽突然消失了，8分鐘后，地球就會(huì)知道，那地球人有沒有可能在太陽消失的一瞬間就知道？愛因斯坦說，完全不可能，太陽消失后，地球依然可以感受到陽光，感受到太陽的引力，無論用什么方法都無法在8分鐘內(nèi)得知太陽消失了。

就算你在太陽上找個(gè)人給你打電話，無線電信號也得經(jīng)過8分鐘才能飛到地球。那么問題來了，對于地球人而言，太陽到底是在8分鐘前消失的，還是現(xiàn)在消失的？

好吧，我承認(rèn)已經(jīng)有點(diǎn)糊涂了，索性再把問題攪亂些。車廂內(nèi)的人怎么測量車廂長度呢？

這個(gè)很簡單，拿個(gè)刻度尺直接量就行了。但是對車廂外的人來說就比較麻煩了，因?yàn)檐噹窃谶\(yùn)動(dòng)的。但是你拿的刻度尺是靜止的。

你必須在同一時(shí)間記下車頭和車尾的刻度尺讀數(shù)。如果按照愛因斯坦定義的那個(gè)同時(shí)，那么你量下來就會(huì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)的車廂比靜止的車廂要短，這個(gè)結(jié)論會(huì)不會(huì)有點(diǎn)扯？

愛因斯坦說，在「光」面前，時(shí)間都能委屈，長度算什么！物體沿著運(yùn)動(dòng)方向的長度會(huì)收縮，這叫「長度收縮效應(yīng)」，簡稱「尺縮效應(yīng)」，得了，那質(zhì)量多半也節(jié)操難保了。

沒錯(cuò)，因?yàn)闀r(shí)間和速度相關(guān)，速度和動(dòng)能相關(guān)，動(dòng)能和質(zhì)量相關(guān)，這樣推導(dǎo)下來，質(zhì)量也就不是原來的質(zhì)量了。愛因斯坦說：質(zhì)量會(huì)隨著速度增加而增加，然后結(jié)合動(dòng)量和動(dòng)能公式，就得到了大名鼎鼎的質(zhì)能方程：E=MC 的平方。

雖然愛因斯坦把時(shí)間、長度、質(zhì)量都攪得一塌糊涂，但本質(zhì)上，無非就是運(yùn)動(dòng)參照系和靜止參照系之間的公式轉(zhuǎn)化而已。數(shù)學(xué)好的同學(xué)開始得瑟了，時(shí)間膨脹、長度縮短、質(zhì)量增加，都可以按照「洛倫茲變換」推導(dǎo)：

去看看這些公式，你就明白為什么愛因斯坦不喜歡超光速了，按照上面的公式，一旦物體到達(dá)了光速，時(shí)間變得無窮慢、長度變得無窮小、質(zhì)量變得無窮大，這種扯蛋程度終于連愛因斯坦自己都不能接受了。

大家注意到?jīng)]有，剛剛說的那些假設(shè)都是在勻速和靜止的前提下討論的，這種場景只適用于理想情況，應(yīng)用場景比較狹隘，所以叫「狹義相對論」。

實(shí)際情況，往往還需要在系統(tǒng)中加上引力或者加速度什么的，應(yīng)用場景更加廣泛，顧名思義，這就是「廣義相對論」。

廣義相對論不僅內(nèi)容奇葩，而且數(shù)學(xué)無比復(fù)雜，愛因斯坦不得不求助數(shù)學(xué)家格羅斯曼，共同完成論文《廣義相對論綱要和引力論》。這篇偉大的論文，除了數(shù)學(xué)系和物理系的同學(xué)，其他同學(xué)還是別看了，以免辣眼睛！

英國科學(xué)家愛丁頓是忠實(shí)的愛因斯坦粉絲，也是第一個(gè)向英語世界介紹廣義相對論的人。

有一天，有人問愛丁頓：「尊敬的教授，聽說世界上只有三個(gè)人懂得相對論，是這樣嗎？」愛丁頓路加思索后回答：「您也許說得不錯(cuò)，不過，我在想第三個(gè)人是誰呢？」

這個(gè)小故事最終演變成了我們現(xiàn)在經(jīng)常聽到的一句流言：世界上只有三個(gè)人懂得相對論。這個(gè)當(dāng)然是過于夸張了，不過廣義相對論確實(shí)比量子力學(xué)要麻煩。

玻爾說量子力學(xué)第一次學(xué)不會(huì)，那反過來說，多學(xué)幾次還是有希望的。至于廣義相對論，我們普通人還是趁早放奔治療吧，只能生搬硬套，能囫圇吞棗就不錯(cuò)了。

下面就是生搬硬套的廣義相對論：

老司機(jī)狠踩油門，車子加速前進(jìn)，注意是正在加速中。一束光從車頂照到地板，光速是不變的，而車子速度越來越快，就好像水流往下流，車子在加速，那么水流應(yīng)該是彎曲的，也就是說，光走過的路程應(yīng)該是彎曲的。

愛因斯坦說，光速不能變，只能委屈空間了，是空間彎曲了！這也太耍賴了，明明是你自己彎了，非說是空間彎了！

愛因斯坦接著說，「引力」和「加速度」是等效的，所以引力也會(huì)引起空間彎曲。接著展開一下想象，如果引力足夠大，空間足夠彎曲，像折紙一樣，把遠(yuǎn)端的兩個(gè)點(diǎn)，彎曲重疊在一起會(huì)發(fā)生什么？

沒錯(cuò)，蟲洞的概念有了！開個(gè)蟲洞撕裂空間，就可以從這個(gè)點(diǎn)直接到另一個(gè)點(diǎn)，夢幻般的空間跳躍就是這么來的！

目前為止，你還可以認(rèn)為這一切都是胡攪蠻纏，大罵愛因斯坦是嘩眾取寵的神棍！

此時(shí)的相對論，就像是埋設(shè)在物理學(xué)大廈里的炸藥，就差一個(gè)導(dǎo)火線。然而，很快人們就找到了無數(shù)導(dǎo)火線，引爆了這座數(shù)百年的經(jīng)典大廈。

1911 年愛因斯坦發(fā)表《引力對光傳播的影響》，由于太陽的引力和質(zhì)量會(huì)使周邊空間產(chǎn)生彎曲，使得光線經(jīng)過太陽附近時(shí)也會(huì)彎曲，這一現(xiàn)象可在日全食進(jìn)行觀測。

忠實(shí)粉絲愛丁頓忽悠英國政府資助了這次荒唐的測試，最終，觀測數(shù)據(jù)顯示恒星位置確實(shí)發(fā)生了偏移，符合相對論的計(jì)算結(jié)果，愛丁頓感慨道：這個(gè)小小的移動(dòng)，改變了世界。

于是，愛因斯坦一夜爆紅，卓別林有句俏皮話，恰如其分的概括了當(dāng)時(shí)的場景：「人們?yōu)槲覛g呼，是因?yàn)樗麄兌业乃囆g(shù)，人們?yōu)閻垡蛩固箽g呼，是因?yàn)闆]人懂他的理論。

困擾了天文學(xué)多年的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)問題也得到了圓滿解釋。水星運(yùn)行到近日點(diǎn)時(shí)有些多余的進(jìn)動(dòng)（我們普通人可以理解為，水星靠近太陽時(shí)，會(huì)有一些莫名其妙的抖動(dòng)），多余進(jìn)動(dòng)值為每百年 43 角秒，當(dāng)時(shí)沒人能解釋。

愛因斯坦計(jì)算了太陽對空間的彎曲曲率正是每百年43 角秒，完全吻合，也就是說這多余的進(jìn)動(dòng)是空間彎曲造成的。后來測到的金星數(shù)據(jù)也相符相對論。

為了驗(yàn)證引力和速度對時(shí)間的影響，不斷有科學(xué)家把原子鐘送到外太空，由引力產(chǎn)生的時(shí)間偏差也完全符合相對論的計(jì)算。

所有的實(shí)驗(yàn)都證明相對論是靠譜的，絕對不是一個(gè)瘋子幻想的產(chǎn)物。

我得再次膜拜一下愛因斯坦！要知道，當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)沉浸在量子力學(xué)帶來的巨大震撼中：東西都是一段一段的、位置也是隨機(jī)的，而相對論的空間描述是連續(xù)的、是可精確計(jì)算的、是與量子力學(xué)完全矛盾的，這簡直是逆天下大勢！

任誰也沒想到，上天竟會(huì)同時(shí)送給人類兩件截然不同的禮物！更難能可貴的是，愛因斯坦既是量子力學(xué)的奠基人之一，也是相對論的開創(chuàng)者，這一手「左右互搏」的功夫，不敢說「后無來者」，至少是「前無古人」了。

因此愛因斯坦在物理學(xué)史上的座次僅次于開天辟地的牛頓，排行第二。

不過，相對論的應(yīng)用少之又少，僅僅只是用來校準(zhǔn)各種觀察數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)設(shè)備，比如 GPS 精度校準(zhǔn)，高能粒子質(zhì)量和壽命的變化，或是預(yù)言一下引力波的存在，等等。

回頭再看這個(gè)爛攤子，愛因斯坦飆完車，就拍拍屁股走人了，但對于這個(gè)理論的起點(diǎn)：光速不變原理，已經(jīng)弄瘋了無數(shù)的物理學(xué)家。

相對論和量子力學(xué)把科技樹主干硬生生掰成了兩個(gè)方向，但物理學(xué)家固執(zhí)地認(rèn)為事物的本源最終都是相通的，這一百年來，所有人夢寐以求的就是統(tǒng)一這兩大理論，但無一不是折戟沉沙！

盡管前路漫漫，可大家仍樂此不疲地奔波在大統(tǒng)一的路上，最近幾年非常熱門的「超弦理論」和大型對撞機(jī)，就是人類對大統(tǒng)一事業(yè)的再一次沖鋒。