牛頓力學、狹義相對論和廣義相對論，通俗的講一下這些不通俗的事

牛頓，可以說是最為普羅大眾所熟知的一位科學家了。因為人人都知道萬有引力，而知道了萬有引力，自然也就知道了牛頓。牛頓所創建的牛頓力學體系可以說是近代物理學的基石。然而，牛頓力學體系並不完美，甚至可以說並不是一種普遍的規律，其所描述的其實是一種普遍規律之中的一小部分特例，所以，之後便有了愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論，終於算是將力和運動的事情給說明白了。那麼，什麼是牛頓力學、狹義相對論以及廣義相對論呢？這些是複雜而高大上的話題，不是一句兩句，一天兩天能夠說清楚的。

不過，我們普羅大眾沒有必要了解得那麼深奧，我們只需要通俗的弄明白這些都是怎麼回事就可以了。那咱們就來通俗的講一下。首先，牛頓力學。牛頓力學告訴我們速度是疊加的。然後我們發現果然是這樣。舉例，一個人站在地上，從他的面前飛馳而過一輛火車，速度為每秒20米。火車上有一人奔跑，速度為每秒1米。此時在火車外站著的人看來，火車上奔跑者的移動速度為每秒21米。相對於觀察者而言，火車和奔跑者的速度是疊加的。這沒有問題。可是當速度逐漸加快的時候，問題就來了，比如光速。

光速是恆定不變的，對任何參考系而言都不變。如果在火車上發射一道光束，那麼無論對於火車上的人而言，還是對於火車下的人而言，光速都是每秒30萬公里，並不會疊加火車的速度。只不過火車上的人和火車下的人的時間發生了變化，火車下面人的時間變慢了。也就是說牛頓力學只能夠適用於低速運動，只是運動處於低速時的一種特例，無法適用於所有的運動。於是，愛因斯坦發明了狹義相對論。沒有人知道光速為什麼不變，所以愛因斯坦就在光速不變的前提下開始進行推導，結果發現，既然光速不變，那麼在運動的過程中，物體的時間、質量等都會發生變化。

於是就有了e=mc^2。於是我們也知道了，隨著物體運動速度的加快，質量會越來越大，當有質量的物體接近光速的時候，質量將趨向於無窮大，所以任何有質量的物體都無法達到光速，所以光速為宇宙間物體運動的最快速度。那麼何為廣義相對論呢？愛因斯坦發明的狹義相對論有一個問題，那就是應用範圍過於狹窄了，狹義相對論只能應用於慣性系之中，也就是只能夠解釋在沒有引力情況下的運動。因為一旦有引力，就會出現一個加速度的問題，而狹義相對論無法處理這個問題。可問題是引力是客觀存在的，必須設法解決。

於是愛因斯坦在其中加入了一個自由下落的參考系。比如我們坐在一個集裝箱中，從萬米高空急速下落，此時我們就會在集裝箱內懸浮起來，而我們懸浮的這個狀態表面上看起來就和處於無引力場的空間中一樣。所以愛因斯坦認為自由下落的參考系和無引力場的慣性系的物理特性是一樣的。於是，我們可以給任何事物增加一個自由下落的參考系，增加完參考系，這個事物就變為了一個無引力場的慣性系，然後就可以運用狹義相對論進行解釋了。而加入的自由下落參考系則是時空，所以在廣義相對論中引力被描述為了時空的彎曲。

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