學過相對論的哥哥姐姐，你們是如何理解相對時空觀的呢？

01-06

能學到相對論，想必是很喜歡物理了
可是，在沒學相對論之前，我們曾那麼用心的去學習了經典力學，這個觀念已經根深蒂固，那麼你們是怎麼去扭轉這個思維，或者說怎麼去理解相對論中相對時空觀呢
（我高三，喜歡物理，沒有學過相對論，感覺很難理解。可能這個問題太膚淺，真是這樣的話你們默默走開就好，別嘲笑我了）

要是發現物理想不清楚了，那就去學數學就好了。。

學了線性代數之後，發現狹義相對論是定義在閔科夫斯基空間上的，什麼時空觀什麼的，直接套用線性代數的框架就行，跟原先經典力學中的歐幾里得空間幾乎是一毛一樣，除了度規。。

任何不以數學工具的作為基礎的相對論解釋方式都是刷流氓。

人的大腦是不足以直接理解世界的，所以我們發展了數學這種抽象語言來描繪世界。

想了解世界觀，必先以合適的語言——數學來描繪它。

回憶起我學相對論的情況

高一：尺縮鐘慢、Lorentz變換

高二：Minkowski空間，四維矢量

高三：掌握一些張量

我以為我理解了狹義相對論，其實這只是個開始

大一：線性代數，張量分析初步

大二：廣義相對論初步，張量分析，微分幾何，流形等等等等

沒有數學，我們根本不能理解這個世界。

不要光用你的腦子去想，思而不學，就會成為民科。

最後歡迎來看我的狹義相對論文章

【狹義相對論】天坑--Special Relativity - 知乎專欄

想要學好超出經典物理的「現代物理」，包括相對論和量子力學，就必須要認識到一點：經典物理中我們所秉持的關於這個世界的「觀念」，都是由我們日常生活的經驗和我們大腦的結構所決定的。要想探索超出日常經驗的現象，就必須要認真的審視每一條「觀念」，通過與現象的比較來判斷哪一條能繼續適用，哪一條必須放棄。這種「懷疑一切」的精神是科學探索中最重要的能力之一。

當然並不是說這是件容易的事情。由日常經驗而來的觀念是如此根深蒂固，放棄哪一條都需要足夠的理由。相對論提出的初期，很多物理學家都不願意接受。量子力學也是一樣，連它的創造者之一愛因斯坦都不願意接受。我接觸過的很多學生，大部分都能輕鬆地解題，但並不是每一個都能接受這種觀念的轉變。所以，你有這種疑問是非常正常的。

因此我的建議是，不妨先盡量克服這種「不舒服」，把理論的數學形式先學會，也就是能推導一些結果。然後多去了解了解你推導出來的這些結果在實驗上是怎麼被驗證的，又是怎麼被應用在一些我們今天很常見的東西上的。這樣的證據積累多了，也許就有足夠的理由相信這種觀念的轉變是必要的了。

可以參考我之前的一個回答，有講到狹義和廣義相對論對於時空變換的理解小說《三體》中，人類為什麼無法從黑域中逃離？ - 知乎。

另外，實際上，對於狹義相對論，我們可以做如下理解：

我們知道，在三維空間裡面，我們可以旋轉一個物體。那麼怎麼樣來描述一個物體的旋轉呢？實際上，可能你現在還沒有學到群論，但是可以告訴你，在空間中旋轉一個物體需要三個變數。但是，我們知道，時間和空間有些不一樣，時間的度規是負的。不過，我們還是可以而且必須把時間理解成另一個維度，形成一個整體，我們稱作時空。所以，實際上，狹義相對論給我們的洛倫茲變換，就是在時空中旋轉的例子。最簡單的空間旋轉是比如我可以繞z軸旋轉，然後就混合了xy坐標。實際上，我們可以把最簡單也是生成元的洛倫茲變換（叫做boost）看做同樣的事情。比如，我們只在x軸上運動，那麼我們就相當於是繞yz旋轉，混合了x軸和t軸。只是，這裡的時間度規不一樣，所以是在閩科夫斯基時空中旋轉。

其實相對論的本質就是必須把時空看成一個整體。

對於廣義相對論，現在對你來說還太早了。你需要了解一些微分幾何，考慮到現在你連微積分都還沒學，這裡就不講具體的了。你可以選擇看一些科普書，但是千萬別走歪。因為很多民科就是看了點科普書居然就認為自己理解了這門學科。

如果你真心感興趣，就可以選擇物理專業，然後研究生的時候選擇和宇宙學或者天體或者場論或者弦論相關的研究，就可以真正去理解廣義相對論（實際上很多搞天體的也不完全理解，不過這並不完全妨礙他們應用還有做好的研究）。但是考慮選物理專業的話，你要是真的喜歡才行，千萬不要葉公好龍，也不要憑一時興趣衝動去選擇一個專業。

好好準備高考吧！

題主若是快要高考了，那還是先別看我這回答了。

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原則上要理解狹義相對論的時空觀並不是難事，作為初學者，你需要知道以下幾點：

忘掉你高中課本上的相對論。忘掉那兩條原理。忘掉洛倫茲變換。如果你的目標是時空觀，這些都不是核心，因此不重要。
牛頓告訴你，你可以找到一類坐標系，它是靜止的，相對於這一類坐標系有速度的坐標系是運動的。但是實驗告訴你，你找不到。
牛頓告訴你，上帝是公平的，它給我1秒，也會給你1秒。相對論告訴你，不是這樣的。你有你的時間，我也有我的時間。PS 沒有誰比誰快，也沒有誰比誰慢。
你的時間與我的時間一般來說是無法比較的，除非... 我們能相遇，或者，我們之間在用某些物質進行遠程通訊（比如電磁波）。
是的，相對論允許你開上帝視角。也就是說，你可以隨意選擇一個(慣性)坐標系，然後在這個坐標系裡同時分析觀察者與被觀察者，然後算出觀察者的觀察結果。
是的，在相對論中，無論是狹義還是廣義，你都要學會做上帝。
然而並沒有哪個(慣性)坐標系是特殊的。因此你完全可以再開一個(不同的)上帝視角，一個不同的(慣性)坐標系，然後做同樣的計算。狹義相對論保證，你會得到相同的結果。

先學好線性代數吧！

上了大學之後物理會出現許多違反「直覺」的知識，所以如果你只從拉長變短邊快變慢來理解相對論的話，你的直覺會很容易騙到自己。然而線性代數不會騙你：），因為這種思維是從數學公理中出現的。當你能從旋轉的角度來考慮洛倫茲變換的時候，你就會發現有了一種新的直覺。

相對論接受起來困難，是因為結論反直覺。我覺得有幾個結論可以幫助你理解相對論：

1. 不同參考系下物理規律不變。

2. 光速是一切物質傳播的極限速度。

3. 信息傳播是需要時間的——這一點經常被民科忽略，覺得自己在腦子裡思考不需要時間，甚至說出心靈感應這種扯淡的事情（即便心靈感應存在，相對論也沒有錯）。這一條可以看作上一條的推論。

4. 描述一個事件發生至少需要 地點 + 時間，脫離了地點談「同時」沒有意義。

5. 相對論所有結論都在談觀測（observation），所以一定要搞明白自己所在的參考系

從光速不變原理開始，把洛侖茲變換推一遍，對高中生而言還是沒有壓力的。尺縮鐘慢很容易推導。

剩下的就是數學了，如果條件允許可以自己看看（閔可夫斯基空間、度規張量等等）。

考完高考了沒有？沒考完就先別急著花時間弄這個問題，先把精力放在學習上，考個高分上個好大學是正經事～

考完了就在評論里吭一聲，叔叔我給你講土八路版本的狹義相對論和廣義相對論～不涉及任何數學和多餘的物理的那種～你有了觀念，再跟別的帖子里的大神學習，包你事半功倍～

其實，作為一個中國人，是最容易理解這個事情的，古代神話中有，天上一日，地上一年的說法。這說明，它們的時間流逝速度不同，在看電影慢放鏡頭時，你也能感覺到時間流逝速度不同帶來的效果。同理，我們看天上神仙的動作，就和電影的慢鏡頭差不多了，我們的時間流逝速度是神仙的365倍。不過神仙牛逼的地方，是他們可以加快自身的速度，在天界，他們是光速俠，在地上，他們仍然很快。當然了，時間流逝速度的快慢是相對的，沒有對比，就沒有傷害。

時間流逝速度是有什麼決定的呢？學過經典物理之後，你就會知道，時間在相互作用中是一個非常重要的量。我們知道，宏觀的一切現象，基本上都來自於電磁作用，而電磁作用是通過電磁波的形式來傳遞的。這就是說，電磁波的速度將決定時間流逝的速度，甚至空間尺度的大小，從而，保持光速相對不變。如果把一把尺子縮小，然後再把一切都按比例縮小，看上去沒有什麼區別，但如果不把時間減慢的話，經典力學將會發生很大的變化，物體的運動軌跡將會和尺度不協調，你還是很容易發現這個世界變的有點不一樣了。

一切電磁作用的速度都取決於真空中電磁波的速度，我們知道一切波的傳遞都是有速度的，這個速度必須是一個有限值，並且處處都一樣，我們才能感覺到這個世界是和諧的，大家的時間流逝速度是一樣的，大家的鐘錶的時間都是一致的。

但是，當存在相對運動時，一件奇怪的事情發生了。你在飛船上，朝正上方發出一束光，如果認為這個光的速度是光速，那麼在地面上看來，疊加後的速度就要超光速了，我們經過多次疊加，就很容易打破光速很多倍了。在地面上看來，是不可能超光速的，除非光速不是一個常量，是可變的，但這不符合波的特徵，也不符合實驗觀測。那只有一種可能，疊加後的速度如果是光速，那麼飛船上的光速肯定小於地面上的光速，而電磁波速的變化，將引起主要由電磁作用構建的世界發生同步變化，空間尺度，時間流逝速度都跟著變了。這就是尺縮和鐘慢的原因。

這只是一個民科級別的答案，僅供參考。在學習相對論的過程中，你一定會有各種疑惑，但千萬不要強行理解。精通相對論的推理過程和計算方法，應付各種考試，但沒必要欺騙自己，丟棄了自己的思想。

我的觀點是不需要扭轉。

就是要讓四大力學摧毀你靠經典物理建立的三觀才好嘞……

正是知道我們物理理論體系究竟做了多麼慘烈的變革，才能理解搞物理的初心。

當你開始困惑的時候，不妨想起：我們的物理理論是基於客觀實驗的，只有被客觀實驗證實的理論才能被承認，無論這個理論有多奇葩。

看點紀錄片知乎上鏈接不少。

物理學科是一門高度理性的學科，學完線代再去看洛倫茲變換差不多就懂點了。

何況牛頓定律本質上是微分方程，高中學的叫做如何解題，跟經典力學並沒有什麼關係。我們常常談把速度分解到各個方向再運用牛二律，其實沒有證明常微分方程的線性特性根本就無從談起，沒有向量空間的運算特性就是空中樓閣。整個高中都是扯淡，先學好數學再說吧。

其實根本沒有時空觀，就是一套計算的數學方法。

你就把時間當作一個坐標維度，按照那套方法，計算就行了。

計算出什麼結果，就是什麼結果。不要想太多背後的物理原理。你越想，只會越糊塗。

沒有什麼物理原理，就是一套數學計算方法。

很多人說不要問量子力學為什麼，只管去計算。

其實相對論比量子力學更甚，更是只管去計算。

相對論實質是放棄時空觀，只有數學坐標系。當你腦筋轉過彎來，不要去思考神馬時空觀，只把相對論當作是一套數學方法，立馬海闊天空，大徹大悟，原來就是這麼簡單的一格東西。

整天神馬時空觀，你越思考越糊塗，大家越討論越糊塗。

其實要理解和掌握相對論，最好的途徑就是忘記時空觀。

前面的大觸們當然是對的_(:_」∠)_

在沒有數學基礎的前提下，正確地轉變這個觀念可謂是非常困難的（百分之九十九都會變成民科）

同為高三，所以大約能從更接近題主思維解答一下（明明是數學太差）

我可以說很早就接觸相對論了好像小學的時候就買了時間簡史，後來初中記了尺縮鐘慢的公式，但實際上沒有什麼深刻的了解

高一開學第一天，我就問了物理老師一個思考許久的問題：尺縮鐘慢里的這個「v」，究竟是什麼意思，如果是相對一個「絕對的慣性系」，這不符合相對論的時空觀，而如果是相對速度，互相覺得對方變慢不是很荒唐嗎？

然鵝老師並不能解答我的問題

後來我又看了基普·索恩的科普書，才漸漸明白過來。

首先是知道了同時的相對性就是跑車上同時發生的兩件事，在地上的人看來不一定發生。我當時震驚了好久。（這個並不會違背因果律，有因果關係的事件在所有參考系中發生的順序都是一樣的）

然後就是對尺縮鐘慢的解釋。基普·索恩用這樣的語言來形容（具體的記不清了）：如果我在地上，你在跑車上，我的空間不是你的空間，而是你的空間和時間的混合，我的時間也不是你的時間，是你的時間和空間的混合。

乍一看很難理解，但是我們可以用一個坐標系來形象地表達：橫軸是空間，縱軸是時間。你和我有相對速度，就相當於我們的坐標軸有一個角度。我們從同一個（空間，時間）點到達另一個點，看似走過的路程和時間都不同，但走過的「四維距離」是相同的。

後來我自學到大學物理相對論的部分，發現x^2-c^2t^2(四維路程的平方）無論怎麼洛侖茲變換都是保持不變的。我那段時間覺得特別豁然開朗，覺得這種變化中隱藏著不變的事實格外優美，我又去了解了愛因斯坦的等效原理等他在建立廣義相對論之前的各種思想。然後我認為我已經基本掌握了狹義相對論，甚至摸到了廣相的門檻。

事實證明我還是圖樣

在那之後還有各種各樣的自黑歷史和動輒數小時思考相對論時空觀的經歷……我終於明白了，為什麼那麼多民科都在反對相對論…實在是太容易自黑了

我就隨便挑幾個說說

比如自以為很了解相對論後發現連質量增加都推不出來，比如不明白為什麼接近光速的飛船自己看來仍然要10萬年才能穿過銀河系，這樣別人不是覺得飛船要飛10億年了嗎（當時不知道要考慮尺縮），比如不知道處理加速系不需要用到廣義相對論………

中途還有一段特別有趣的經歷。跟物理吧的初二大神探討(互撕)，然後看到他竟然飛速學到廣相，於是我也看發現根本看不懂（然後也發現他所謂的講解就是挑著複製書上的句子）

不過經歷了那麼多，最後大約還是有點收穫。比如物競題里做的最順手的就是相對論的運動（參考系、尺縮鐘慢、加速系、光子密度那一套），然後根本不考（考的全是相對論碰撞然後解不出方程）

但我現在也完全不敢說我對SR(狹相)有多少了解，更不敢說GR了

等我高考完先看看數分和線代

（所以為什麼我現在不刷題也不看數分卻在玩手機）

物理學外行強答博思！

經典力學，也就是牛頓力學的本質主要是論述時間、速度、質量之間的關係！

那麼什麼是時間呢？

就現實而言，時間實際上就是地球繞日公轉周期的定義，而地球繞日公轉的實質又是地球自轉速度和其軌道距離的概念，而地球自轉速度和其軌道距離，又是由於地球的質量大小與太陽的質量大小之間所產生的系統運動關係的平衡！

本質上就是質量是一切運動關係的核心！

牛頓力學的是從地球的角度出發，所得出的這種時間、質量、速度三者關係的結果！

相對論應該是從太陽系的角度出發（物理學不好，只是猜測），得出的這種時間、質量、速度三者關係的結果！

但到底什麼是質量？

當前的認識還是比較含糊，個人理解，質量的本質應該是某一運動系統內的運動向量，其運動向量越大，質量應該也是越高，但到底對不對，俺只是外行，只是一種主觀感覺！

而如果要具體論證，就像高票答案所說的那樣，必須以數學為基礎，實質上物理學本就是用數學的手段來認識理解（量化分析）客觀世界的一門學科！

講真的，不要試圖去將一個複雜的抽象體系轉化成如日常生活般的直觀景象。

經典力學也罷，相對論也罷，想獲得最終的結果，更多的是需要數學上的操作，而不是如科普般的泛泛而談。諸如時空觀一類的東西，大多只是理論推倒的前提，或是方便粗略理解給出的結論（動尺變短，動鍾變慢這樣的）。最終結果還是數學的，按照數學方法按部就班的得到的。不要去想像它的過程，那大多只會讓人糊塗。真正的解決問題的方法是將它抽象後用數學工具得到結論，再將它「翻譯」為物理情景（你算出來是啥就是啥，不要糾結）。

空想總是會造就民科的。

題主給你說下我是怎麼想的吧。

首先要申明一個觀念，我們所學的所有經典物理，量子物理，相對論等等都只是用來幫助人類了解這個世界的規律的，這些理論也是人總結出來的，並不能當作一個真理來對待，只能說，目前為止，這些理論能很好的從人的角度來理解這個世界的規律。

因此從學習這些知識開始，我就從來沒有把他們當做回事，僅僅是作為一個提外殼來包裝這些事物規律，因為我知道這些理論必定是不完備的。

而且題主你問的這個問題與曾經一個題主所問:波是波，粒子是粒子，無法理解波粒二象性怎麼辦？大有相似之處。

而我而言，我從來沒有試圖去真正理解某個東西，我只是將它們總結為"試圖總結自然規律的不完備的理論"，並以這種心態去學習它們罷了，因此並不會有思想觀念轉化的問題。

一，不管你愛不愛，只要你上了大學，理工科都要學習大物，大物里包含相對論。

二，許多難理解的東西就是用數學來解決的，大學理論上除了藝術不管文理都是要學習高數的。但實際據我了解好像有些文科專業不學高數。

三，難理解打破三觀的東西多了去了，隨便舉一個，概率論與數理統計里的，概率為0的事件不一定是不可能事件，是不是就和你認知不符？理解力是隨著學力慢慢上升的，中學階段集中精力搞好高考要考的，其他的上了大學你可以盡情發掘。

理解狹義相對論，看2張圖足夠了：

第一張圖是牛頓力學下的時空變換：我在地面上花1秒鐘時間走了1米，變換到我自身的參照系，1秒還是1秒，但是1米變成了0米，所以時空變換是沿著直線進行變化。

第二張圖是狹義相對論中的時空變換，你會發現，所謂的區別，無非是原先的直線往裡彎了一下而已，這個變化並不大，不是么？

從時空觀上來說：牛頓力學裡空間是相對的，你的1米對於我可以是0米，但時間是絕對的，你的1秒對於我也是1秒。相對論無非是把時間變得跟空間一樣了而已，並沒有太多理解上的困難。

至於狹義相對論的數學，也是極為簡單的：狹義相對論（番外）--洛倫茲變換的推導 - 知乎專欄

《相對論》太深奧，我建議你先去看《時間簡史》，易懂，而且足夠滿足你很長時間段的求知慾。

至於說，經典力學與它的不相融性。其實並不大，宏觀上來說，兩者計算(經典力學與相對論)的偏差是很小的，霍金也曾說，「相比於愛因斯坦的相對論，我們更喜歡計算簡便的經典力學公式。」

你所提到的時空上的差距，的確有。比如，在計算金星軌道時，基本力學與相對論的計算結果就會產生很大差別，這時相對論就已遙遙領先了。

但依然不能直接摒棄經典力學。就像，人們發現了斧頭，就把小刀扔了？我現在高二，我和你差不多，也對高深物理感興趣，我曾多次在教課書中，找出與我看到的其他物理書籍，有違和性的知識。

由於我們班的物理老師年紀過大，講課完全像是在義務勞動一樣，完全不理學生的疑惑，自顧自的講學，下課去找老師請教問題，得到的答案永遠是:「以書本上說的為準」，從來不說明原因。

無奈我的大部分時間便浪費在了自學上，看大量的書籍，上網搜索，包括這個知乎，也是朋友推薦給我的。

我花了大量時間，當誤了半個學期的課程，才說服自己，把小刀和大斧一起帶在身上，雖說沉了點，但至少，不需要每次切菜的時候，都掄大斧子了。