谁能说明一下爱因斯坦的狭义相对论？

狭义相对论是爱因斯坦在总结了前人的科学实验和理论研究成果后，针对物理学界因为测不出光速的变化而陷入混乱之际，抛弃了绝对时空的概念，以实验基础为依据，提出光速不变原理，并在这一基础上，引用了洛伦兹因子，把经典物理学的适用领域从静止、小空间拓展到高速度、大空间的应用领域而建立的惯性系间时间与空间变换的理论。

经典物理学之所以遇到了困难，都是因为“光速不变”带来的。光速不是无穷大，而使得我们测量会产生误差，当人们试图找到绝对速度的时候发现，无法测出光速的变化，因而使物理学陷入了绝境。光既不受发光物的速度影响，也不受接收器速度的影响。无论谁看，速度都一样，这与经典物理学中的速度的叠加原理产生了不可调和的矛盾。

很多人质疑光速不变原理没有经过证明，因而质疑由光速不变为基础建立的狭义相对论。

其实光速变与不变并不重要，因而不需要证明，而且我们测量的结果确实是光速不变。

运动是相对的，这一点就足够了。就像我们不知道地球的速度到底是多少，我们假定地球是静止的（或者假定地球的速度是某个恒定的值）并不影响我们的任何物理研究和实验。

举个极端的例子（有的时候从极端可以推论出普遍情况）：

假如一个有个人以光速跑步，我们在终点为他测速，当他经过起点时开始计时，当他到达终点时停止计时，把距离除以时间就是他的速度。

但是出问题了，因为光速不是无穷大，他经过起点时的信息以光速传到终点，而他以光速跑向终点，所以测量到的结果是他经过起点的同时他就在终点。而且他跑过的距离是0，因为终点就在起点。

上面的假设不可能存在，没有任何有质量的物体能达到光速。但是，从这个极端的假设，得出一个推论，速度越接近光速，我们看到的他的时间就越接近静止，他跑过的距离也越接近0。仅仅从这一点就能知道，速度越快，时间就越慢，距离也越短。

其实我们无法测量到光速的变化也正因如此，上面的跑步者换成光子，就说明一切了，在任何情况下我们都不可能测得出光速会有什么变化，因为光总是与它的信息一起到达测量计。

光是一切测量都必须依赖的尺子。

经典物理学是建立在绝对的时空概念上的理论与测量证明的科学，所以当“尺子”发生变化时，测量的一切数据也会跟着变化。而我们却无论如何也不能测到尺子本身发生了什么变化，那么我们就只能认定尺子没变。这就是相对性，就相当于我们无法感觉自己在移动的时候我们就认为自己是静止，是其他的物体在移动。这不会对客观事实造成错误。

当我们无法感觉尺子在变长时我们就只能认定是物体在变短。这就是狭义相对论的最基本构想。

谈到狭义相对率就应该了解一下洛伦兹因子，因为狭义相对论中的尺缩效应和时间变慢是狭义相对论的重要结论之一。

上图表示的是一个参照系看一个运动系上光子运动的情况。

ct'是动系上看光子运动的距离。

ct 是参照系上看光子运动的距离。

vt 则是动系相对参照系移动的距离。

显然：因为谁看光速都不变，所以c是一样的，t则是参照系上看到的时间，vt就是参照系上看到动系运动的距离。

这是一个直角三角形，所以有： (vt²＋(ct')²＝ct²

把这个等式变换一下以求得t'。

(ct')²＝(ct)²－(vt)²;

c²t'²＝c²t²－v²t²＝t²(c²－v²)

t'²＝t²(1－v²/c²)

t'＝t√(1－v²/c²)

其中的√(1－v²/c²)  就是洛伦兹因子（或叫相对论因子）。

这一变换出来后绝对的时间概念就被打破了，居然在不同速度的惯性系上的时间是不同的。最不被人理解的就是这个根深蒂固的“时间会变慢”。

由此很多人推出了各种所谓的“悖论”，其实是一个极大的误解。

由于速度的不同，信息传送的速度是有限的，人们看到的结果必然是不同的，并不影响动系上的一切物理规律。

这就像我们看远处的人会变小一样，近大远小是人人皆知的透视规律，我们看到的远处的人变小，同时对方看我们也变小，不可能我们看他小他看我们大。

相对运动的系统，我看你时间变慢，你看我的时间也变慢。这是必然的。

通过一定的换算，我们能知道远处的人真实的高度，通过洛伦兹因子，我们也能计算出高速运动的惯性系上的真实时间。

爱因斯坦狭义相对论
相对论是20世纪物理学史上最重大的成就之一，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分，狭义相对论变革了从牛顿以来形成的时空概念，提示了时间与空间的统一性和相对性，建立了新的时空观。广义相对论把相对原理推广到非惯性参照系和弯曲空间，从而建立了新的引力理论。在相对论的建立过程中，爱因斯坦起了主要的作用。 爱因斯坦是美籍德国物理学家。1914年任德国威廉皇帝物理研究所所长和普鲁士科学院院士，1933年因遭纳粹政权迫害迁往美国，任普林斯顿高等研究院主任。1905年，在他26岁时，法文科学杂志《物理年鉴》刊登了他的一篇论文《论运动物体的电动力学》，这篇论文是关于相对论的第一篇论文，它相当全面地论述了狭义相对论，解决了从19世纪中期开始，许多物理学家都未能解决的有关电动力学以及力学和电动力学结合的问题。 提起狭义相对论，很多人马上就想到钟表慢走和尺子缩短现象。许多科学幻想作品用它作题材，描写一个人坐火箭遨游太空回来以后，发现自己还很年轻，而孙子已经变成了老头。其实，钟表慢走和尺子缩短只是狭义相对论的几个结论之一，它是指物体高速运动的时候，运动物体上的时钟变慢了，尺子变短了。钟表慢走和尺子缩短现象就是时间和空间随物质运动而变化的结果。狭义相对论还有一个质量随运动速度而增加的结论。实验中发现，高速运动的电子的质量比静止的电子的质量大。 狭义相对论最重要的结论是使质量守恒失去了独立性。它和能量守恒原理融合在一起，质量和能量可以互相转化。如果物质质量是M，光速是C，它所含有的能量是E，那么E=MC^2。这个公式只说明质量是M的物体所蕴藏的全部能量，并不等于都可以释放出来，在核反应中消失的质量就按这个公式转化成能量释放出来。按这个公式，1克质量相当于9X10^3焦耳的能量。这个质能转化和守恒原理就是利用原子能的理论基础。 在狭义相对论中，虽然出现了用牛顿力学观点完全不能理解的结论：空间和时间随物质运动而变化，质量随运动而变化，质量和能量的相互转化，但是狭义相对论并不是完全和牛顿力学割裂的，当运动速度远低于光速的时候，狭义相对论的结论和牛顿力学就不会有什么区别。 几十年来的历史发展证明，狭义相对论大大推动了科学进程，成为现代物理学的基本理论之一。 爱因斯坦于1922年12月有4日，在日本京都大学作的题为《我是怎样创立相对论的？》的演讲中，说明了他关于相对论想法的产生和发展过程。他说：“关于我是怎样建立相对论概念这个问题，不太好讲。我的思想曾受到那么多神秘而复杂的事物的启发，每种思想的影响，在生活幸福论概念的发展过程中的不同阶段都不一样……我第一次产生发展相对论的念头是在17年前，我说不准这个想法来自何处，但是我肯定，它包含在运动物体光学性质问题中，光通过以大海洋传播，地球在以太中运动，换句话说，即以太阳对地球运动。我试图在物理文献中寻找以太流动的明显的实验证据，蓝天是没有成功。随后，我想亲自证明以太相对地球的运动，或者说证明地球的运动。当我首次想到这个问题的时候，我不怀疑以太的存在或者地球通过以太的运动。”于是，他设想了一个使用两个热电偶进行的实验：设置一些反光镜，以使从单个光源发出的光在两个不同的方向被反射，一束光平行于地球的运动方向且同向，另一束光逆向而行。如果想象在两个反射光束间的能量差的话，就能用两个热电偶测出产生的热量差。虽然这个实验的想法与迈克尔逊实验非常相似，但是他没有得出结果。 爱因斯坦说：他最初考虑这个问题时，正是学生时代，当时他已经知道了迈克尔逊实验的奇妙结果，他很快就得出结论：如果相信迈克尔逊的零结果，那么关于地球相对以太运动的想法就是错误的。他说道：“这是引导我走向狭义相对论的第一条途径。自那以后，我开始相信，虽然地球围绕太阳转动，但是，地球运动不可能通过任何光学实验探测太阳转动，但是，地球的运动不可能通过任何光学实验探测出来。” 爱因斯坦有机会读了洛伦兹在1895年发表的论文，他讨论并完满解决了u/c的高次项（u为运动物体的速度，c为光速）。然后爱因斯坦试图假定洛伦兹电子方程在真空参照系中有效，也应该在运动物体的参照系中有效，去讲座菲索实验。在那时，爱因斯坦坚信，麦克斯韦－洛伦兹的电动力学方程是正确的。进而这些议程在运动物体参照系中有效的假设导致了光速不变的概念。然而这与经典力学中速度相加原理相违背。 为什么这两个概念互相矛盾。爱因斯坦为了解释它，花了差不多一年的时间试图去修改洛伦兹理论。一个偶然的机会。他在一个朋友的帮助下解决了这一问题。爱因斯坦去问他并交谈讨论了这个困难问题的各个方面，突然爱因斯坦找到了解决所有的困难的办法。他说：“我在五周时间里完成了狭义相对论原理。” 爱因斯坦的理论否定了以太概念，肯定了电磁场是一种独立的、物质存在的特殊形式，并对空间、时间的概念进行了深刻的分析，从而建立了新的时空关系。他1905年的论文被世界公认为第一篇关于相对论的论文，他则是第一位真正的相对论物理学家。

爱因斯坦求和约定