主题：现在似乎终于懂了狭义相对论，解释一下 -- 陈经

在初中就胡看了本科学史书，看过狭义相对论的内容。后来物理课本有，各种科普书经常有，有的也会看几遍。来来去去总不下十遍了，知道了好多相对论的现象，时钟变慢，尺子变短之类的。但现在看来，从来没有真正完全理解。但最近似乎终于明白了，我来把这个理解的路径解释一下。

一。问题模型

首先，来想一个经典问题。一束光从船尾发到船头，需时万分之一秒。船上的人可以进行一个测量，船尾发光束时计一下时，船头收光时计一下时，再根据船长，算出光速。船长为30公里，光速C为30万公里每秒就算出来了。

现在考虑船动的情况下做这个实验。在经典图景中，人们假设光在“河”里传播，也就是说，光从船尾发出后，在静止的“以太”中以光速C传播。无论船动不动，这光从船尾发出以后，在静止以太里行进的速度都是一样的。这是波动传播的经典图景，有些人可能对波动理解不好，认为“动船”发出的光在以太里行进速度更快，经典波动理论不是这样说的。

我们脑子里可以想象一个静止的河流，光在里面以光速C传播，追赶前面以一半光速往前跑的船。那么，在经典图景中，船上人的应该会看到，万分之二秒之后，光到达船头。船上人的一算，船长30公里，时间是万分之二秒，算出光速为15万公里。由于船在往前开，所以测出的光速应该减半。同理，测从船头往船尾发的光，测出的光速应该加倍。也就是说，在相对“以太”开动的船上测光速，应该测出光速的显著变化。

这就是迈克儿逊莫雷在地球上测光速时坚信的：光速会有变化。因为地球在自转，这就是相对以太开动的船。那么发两束光，一个从东到西，一个从西到东，测这两个光速。按经典图景，我们坚信两个光速是一大一小的。迈克儿逊做了绝对平行光线垂直来回反射的两个镜子，光在里面来回跑，模拟了30公里长的船。

二。出事了

结果测来测去，东到西的光速，与西到东的光速，完全一样！30公里长的船，船头到船尾发的光，万分之一秒到达，船尾到船头的光，也是万分之一秒，算出来的两个光速一样！出事了，和经典图景推得不一样！！按科学哲学，想象图景与实验结果不一样，就是想象图景错了。经典图景破产了！

三。引入相以论代替经典图景

搞来搞去想不通怎么回事，大胆地提出一个假设：在均速运动的船上测光速，测出来的就是不变的那个光速！这是世界的真理，通过实践检验出来的原理：光速不变。

它不是说光在以太里以不变的速度C传播，这是经典图景里的光速不变，这个错了不要了。现在我们的光速不变假说是：要均速运动的参照系里，人们用各种物理方法测光速，距离变，时间变，测出来的光速总是那个C。

四。光速不变原理带来的震惊

现在考虑真正神奇的问题模型：船上的人从船尾发一个光束到船头测光速，岸上人也同时观察这个事件，对这束光测光速。船以一半光速往前开。

船上的人认为自己的船长是30公里，他们发现，船尾发的光万分之一秒后到了船头，这是符合光速不变原理的。

岸上的人同时看这个光，进行的是另一种观察。船尾发光时，岸上的计时器来一下。船头收光时，岸上的计时器又来一下，时间为t。根据光速不变原理，光前进的距离应该是C*t。如果岸上的人测到的t是万分之一秒，那么光前进的距离是30公里。但是同时船也在前进，万分之一秒，船头会跑前了15分里，收不到光！！所以，岸上的人不会测到万分之一秒。理论计算，岸上的人应该测得t = 万分之二秒！

天啊，同一个事件，光飞起又落下，船上的人认为是万分之一秒，而岸上的人认为是万分之二秒！！这就是相对论，同一个事件，不同参照系的观察者的时间感觉是不一样的。绝对时间是错的。

再进一步想，岸上人的看到了什么？船长为60公里！一个光在上面万分之二秒才从船尾跑到船头。而船上人只相信自己的船是30公里长。

再进一步想，岸上人会发现，船上的钟变慢了。这次测量，岸上的计时秒表走了万分之二秒。可船上进行测量的那个秒表只走了万分之一秒就结束了。咱们岸上的秒表肯定是对的，这肯定是因为船上那个秒表走慢了。

相对论解释完毕。相对论主要说的事，不同速度的两个参照系的人，对同一个事件的理解不一样，对时间与长度的理解是完全不同的。为什么会出这种怪事？因为“测量出来的光速是一样的”这个根本原理。这个根本原理不是根据别的原理推理出来的，而是根本假设，我们就得这样去理解世界。信了它，咱就能理解这个世界了。我是理解了。

有没有人看了，从不理解到理解的？或者更糊涂了？

（完）

• 另一道狭义相对论的趣题

可是为什么"测量出来的光速是一样的"就是对的就是根本原理,不明白.

并且没有更好的理论来解释。

在“光速恒定”这个基础上，时空必须是“相对”的，才不会违背“光速恒定”。

这就是问题所在,我不明白的地方,只好先接受它了.

原则上说，有一些比狭义相对论更为基本的理论，比如广义相对论可以把狭义相对论作为物质平坦时候的特例推出来，而量子场论则在一定程度上描述了光子的产生。但是这些理论其实都不能算是“解释”了光速不变性，因为构造这些理论的时候，一个重要的要求就是能在适当条件下回到狭义相对论（比如广义相对论）或者根本不违反包括光速不变性在内的狭义相对性原理（比如量子场论），所以他们其实是从狭义相对论出发，跟物理学中别的原理一起，凑出来的，不能算是解释了狭义相对论。

应该说，现在还没有一个理论，能像量子力学解释超导那样，解释为什么光速不变。目前狭义相对论在物理学中的地位还是非常稳固的，因为它和基于它的理论，都获得了实验上方方面面的支持，原子弹的爆炸和核能的开发就是其中众所周知的例子。也正是因为狭义相对论的地位如此稳固，所以人们在构建更深层次的理论的时候，通常是把狭义相对论作为对这个理论的一个基本的要求的。

但是在很多方面,拿它来解释或者建筑别的理论,都是很能说明问题的.所以,我们就这么接受着吧...

至于将来,也可能会能解释,也可能会发现新的说法.反正很多以前觉得是绝对真理的事情,后来被推翻了也是常有的事情,对吧?

问题的前提在过程中是改变的。换句话说，就是光速恒定这一定律本身扭转了不同参照系的维度。

然后是一种我们眼睛的感觉.

您的看法和柏拉图老爷是一致的！

现在还有谁敢说，科学是客观的? 嘿嘿

广义相对论的科普书。。很有帮助的啊。。活活活。

这是广义相对论里说的,你能解释吗?这个船上的事情可是匀速运动.