很多人的潛意識里會認(rèn)為愛因斯坦的相對論很深奧，其實并非如此。愛因斯坦提出相對論的過程雖然很漫長，經(jīng)歷了很多波折，但以如今的視角來看，相對論其實一點也不難，只要我們對經(jīng)典物理學(xué)有了基本的了解，就可以很好地理解愛因斯坦的相對論。

先從狹義相對論說起。

(資料圖)

狹義相對論是在兩大假設(shè)基礎(chǔ)上提出來的，分別是：相對性原理和光速不變原理，這兩個原理其實都是假設(shè)，但絕非隨便就做出的假設(shè)。

何為相對性原理？簡單講，物理定律在所有慣性系中都擁有相同的表現(xiàn)形式。

什么是慣性系？通俗來講就是符合牛頓運動定律的參照系，靜止或者勻速直線運動的參照系。

那么相對性原理到底該如何理解呢？舉個例子就明白了。假設(shè)你乘坐一輛火車，火車完全封閉，你看不到火車外面的任何風(fēng)景。再假設(shè)火車一直保持勻速直線運動，你也聽不到火車行進過程中發(fā)出的任何響聲。

對于你來講，如果閉上眼睛，你絕對不知道自己身處一輛行駛的火車上，不管火車的速度有多快，你都感覺不到。你在火車上的感受，與靜止在地面的感受不會有任何不同。而且在火車上做的任何實驗結(jié)果，與在地面上做的實驗結(jié)果不會有任何不同。

這就是相對性原理的直接體現(xiàn)。所有慣性系都是等價的。

相對性原理很符合人們的日常生活經(jīng)驗。但是麥克斯韋方程組的橫空出世，打破了人們的這種傳統(tǒng)認(rèn)知。

麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來的光速計算公式中，并沒有任何參照系，就是一個常數(shù)，這與“任何速度都是相對的”這個觀點顯然是相悖的。

公式本身也暗示了“光速在所有慣性系中都保持不變”，這怎么可能呢？當(dāng)時的人們很難接受光速的這種特殊性。

于是物理學(xué)界大佬們必須做出自己的選擇：要么麥克斯韋方程組錯了，光速與其他速度一樣，并不是不變的，而是會隨著不同的參照系發(fā)生變化。要么牛頓經(jīng)典力學(xué)體系下的絕對時空觀錯了，基于絕對時空觀的伽利略變換也錯了。

物理學(xué)家只能選擇其中一個，因為兩者是對立的，不可能同時選擇兩個。但是當(dāng)時的物理學(xué)界大佬兩者都不敢得罪，畢竟一個是統(tǒng)治物理學(xué)界幾百年的牛頓，另一個是提出人類歷史最美方程組的麥克斯韋。

怎么辦呢？結(jié)果大多數(shù)科學(xué)家還是站在了牛頓這邊，畢竟大家都很難接受統(tǒng)治物理學(xué)界幾百年的牛頓力學(xué)被推翻。但他們也不敢直接得罪麥克斯韋方程組，結(jié)果只能左右逢源，在牛頓絕對時空觀的基礎(chǔ)上不停地對光速的特性進行各種修補和假設(shè)。

而偉大的愛因斯坦秉承著“如無必要勿增實體”的精神，用奧卡姆剃刀直接把“絕對時空觀”咔嚓掉了，他選擇相信麥克斯韋方程組，提出了“在所有慣性系中光速都保持不變”，也就是光速不變原理。

于是，在相對性原理和光速不變原理的基礎(chǔ)上，狹義相對論呼之欲出。有了這兩個原理作為背景，只要擁有一定的物理學(xué)知識，是不難推導(dǎo)出狹義相對論的。其實當(dāng)時的洛倫茲和龐加萊等物理學(xué)界大佬，與狹義相對論已經(jīng)無限接近了，但他們就是不肯放棄牛頓的絕對時空觀，結(jié)果與狹義相對論失之交臂。

說完了狹義相對論，再來看看廣義相對論。

其實廣義相對論就是在狹義相對論基礎(chǔ)上延伸出來的，對狹義相對論的擴展，把慣性系擴展到所有參照系。

我們都知道，狹義相對論的基本背景是慣性系，但現(xiàn)實生活中慣性系其實是不存在的，慣性系只是一個理想狀態(tài)，因為現(xiàn)實中任何物體都會受到引力的作用。

怎么辦呢？

這時候才是真正體現(xiàn)愛因斯坦顛覆性思維的時刻。為了更好地規(guī)避引力對參照系的影響，愛因斯坦提出了著名的等效原理。

何為等效原理？說白了就是加速度的效果與引力效果是等價的，也就是慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量等價。

舉個通俗的例子。在地球表面我們都能感受到地球引力，也讓我們擁有了引力質(zhì)量，物體表面的加速度為9.8。

現(xiàn)在讓你身處一個完全密閉的箱子里，箱子以9.8的加速度直線向上加速，你會有什么感受？

你的感受與直接站在地面上的感受完全相同，這就是等效原理，你的慣性質(zhì)量就等效于站在地面上的引力質(zhì)量。不管你在密封的箱子里做任何事情，與在地面上的感受完全相同。

在廣義相對性原理和等效原理的基礎(chǔ)上，愛因斯坦提出了廣義相對論。

其實不管是狹義相對論還是廣義相對論，都需要做出一定的“犧牲”才能成立。在狹義相對論里，為了保證光速的絕對不變，就需要“犧牲”時間和空間的絕對性，這就是相對時空觀。而在廣義相對論里，“犧牲”的是時空的絕對平直性，也就是時空是彎曲的，任何物體都能引起周圍時空的彎曲，引力的本質(zhì)就是時空彎曲。

說白了，愛因斯坦通過時空彎曲“強行”把物體在時空中的運動變成“勻速直線”運動。舉個通俗的例子，一個物體看起來走的曲線運動，只是空間上的“曲線”，實際上在時空結(jié)構(gòu)里走的是勻速直線，也就是我們通常所說的“測地線”，時空中的最短距離，而不是空間中的最短距離！

相對來講，狹義相對論更容易理解接受，而廣義相對論要困難很多，需要更豐富的數(shù)學(xué)知識，強大的空間思維能力，還有基本的物理學(xué)知識等，比如說微積分，矢量分析等知識。

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