連少女都能學會天體物理？會這12件事就足夠了？相對論大科普！

阿爾伯特·愛因斯坦所創立的相對論革新了世界對空間、時間、質量、能量和萬有引力的看法。

在愛因斯坦之前，人們利用牛頓定律來理解物質的運動規律。1687年，牛頓寫道萬有引力影響宇宙萬物。牛頓定律主要揭示了：把蘋果從樹上拉下來的力和讓地球圍繞太陽運動的力其實是同一種力。

哲學家大衛·休謨的《人性論》對愛因斯坦思考的時空觀產生了很大的影響。休姆是一個經驗主義者和懷疑論者，他認為科學概念必須是基於經驗和證據，離開這些科學就沒有意義。此外，他還認為時間與物體的運動並不分離。

「如果沒有這些哲學研究，我很可能不會找到問題的解決辦法，」愛因斯坦寫道。

1905年，阿爾伯特·愛因斯坦建立了基於兩個原則的新理論。首先，物理定律對所有觀察者都是一樣的。

第二，他計算出光的速度，即每秒186000英里（每秒299338公里），而且這速度是不變的。在愛因斯坦之前，科學家認為空間充滿了以太，以太會根據光源和觀察者的相對運動變化而改變光的速度。

基於這些原理，愛因斯坦推斷宇宙中並不存在固定的參照系。一切物質都是相對於其他物質運動的，這就是愛因斯坦的相對論學說。

它被稱為狹義相對論，因為它只適用於特殊情況：靜止或者勻速的運動參照系。1915年，愛因斯坦出版了廣義相對論，它適用於加速運動的參照系。

時間的流逝速度對每個人來說都不是一樣的。一個快速移動的觀測者比一個相對靜止的觀察者的測量時間要慢得多。這種現象被稱為時間膨脹。例如在圖示中，運動的時鐘比靜止的時鐘走的慢。

一個快速移動的物體相對於運動較為緩慢的物體，在運動方向上的長度顯得更短。在低速（相對於光速）的情況下，這種長度變化非常微小，而當物體的速度接近光速時，這種變化就非常顯著了。

質量和能量是同一事物的不同表現形式。愛因斯坦著名的方程式E=mc^2的意思就是「能量等於質量乘以光速的平方」，這就是核爆炸釋放出大量能量的原因（理論基礎）。

作為方程式E=mc^2的結果，一個快速移動的物體相對於一個緩慢移動的物體來說增加了不少質量。這是因為加大物體的運動速度導致物體的動能增大，因此也就增加了它的質量（因為質量=能量）。

質量增加效應就是愛因斯坦判斷物質不能比光傳播得快的原因。當速度達到光速時，質量隨著速度增加，直到變為無窮大。無限大的質量需要無限的能量來推動，所以這是不可能的。

在愛因斯坦的數學中，空間有三個維度，第四個維度是時間。最近的科學理論假設存在額外的我們所沒有察覺到的維度。

時空可以想像成是柔軟有彈性的格子布或編織物。質量的存在扭曲了時空，所以橡膠板格子模型是廣義相對論的一種流行的可視化手段。

相對論解釋萬有引力來自何方。橡膠板格子模型表明萬有引力是由物體的質量扭曲時空產生的。這種時空的扭曲被稱作萬有引力場。

宇宙中進行軌道運動的物體遵循最短的和消耗最少能量的路徑。行星以橢圓狀軌道圍繞太陽進行運動，這同時也是太陽引力場中最節省能量的路徑。

萬有引力能夠彎曲光線。這種現象被稱為引力透鏡效應。當我們觀察一個遙遠的星系時，地球和星系之間的引力會使光線彎曲成不同的路徑。當光線到達望遠鏡時，同一星系將會呈現多種不同的圖像。

本文選題：tracyisme

本文編譯：自由之譯

原文來源：space

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