想看懂相對論，需要多高的數學基礎？

狹義相對論和廣義相對論這裡可以給你講講。

1.狹義相對論。

1905年，愛因斯坦26歲，他在瑞士專利局做一個很普通的職工，同年，他發表了6篇學術研究，也因此。100年後的2005年，定為了世界物理年。

愛因斯坦

他作出了一個非凡的斷言：時間的流逝取決於物體間的相對速度。

這就是「狹義相對論」。

如果你和你的孩子，你的妻子，你的雙胞胎兄弟比較，你以百分之99.995的光速在太空旅遊6個月，你認為你回來時你的孩子剛好18歲，然而等你回來時，你的孩子已經68歲了，也就是說，你在太空的6個月，人間過了50年。

這也是科學家稱為的「時間膨脹」的現象。

相對時間公式

當你高速飛行（接近光速）時，你會發現你眼前的星系離你如此接近！顯然，這並不是因為你剛才行駛的路程讓之變近。

恰好，它們距離你的距離縮減的程度，剛好跟與地球上的時間相比變慢的程度相同！

但是，你又驚奇的發現，你的背後離你的距離依然很遠，你的左邊右邊也是，因為縮短的距離只發生在你的運動方向上。

不管你朝哪裡飛，前面都會縮短，而你周圍的距離依然沒變。

這就是科學家稱為「長度收縮」的現象。

就在你思考為什麼會如此時，你會發現你的質量在驚人的提升，以至於周圍都有小行星圍著你轉。（你已經具有恆星的引力）

這是因為你高速帶來的能量轉變成了質量，這樣以來你就不會有足夠的能量加速到宇宙的極限速度：光速。

相對質量公式

現在我們來解釋一下為什麼會產生長度收縮。

我們假設你在以260000公里每秒的速度在外太空前行。這也是光速的87％速度。光速是300000公里每秒。

你這裡的一秒鐘等於地球的兩秒（這是真的）。

在這兩秒內，地球上的人認為你移動了520000公里。但是，問題就在你認為你在一秒鐘內移動了520000公里！

你的速度就是520000公里每秒。

你打破了極限速度。

但這是不可能的，狹義相對論中，時間的膨脹必然伴隨了距離的收縮，所以，你並沒有感覺你移動了520000公里，而是260000公里。你觀察的1公里在地球人觀察只有半公里。

速度與觀察者無關，但時間與長度取決於觀察者。

狹義相對論和廣義相對論如此的奇妙，然而，現實生活中只有一個技術真正用到了它，我們也受益其中，那就是GPS。

GPS考慮了地球周圍時空彎曲的效應。

光又是如何達到了光速的呢？光子在靜止時質量為零，而運動時又帶有能量和質量，一切都因為，它靜止時質量為0.

要想達到光速，從一開始你就不能具有質量。

2.廣義相對論

眾所周知，牛頓發現了「萬有引力」，遺憾的是，他並沒有解釋萬有引力是什麼。

牛頓的公式預言了天王星和海王星，這在他預言之後相繼被發現。而，在水星這裡，出現了一點問題。水星那個雞蛋狀的軌道自己會旋轉，因此水星每次的軌跡都不同，牛頓在他去世那天都沒有找到解釋的答案，然而在1727年後的188年後，有個人突然提出了驚人的想法。

想像一下，我們的太陽系。突然拿走太陽，我們的地球是突然偏離軌道，還是在幾分鐘後脫離呢？愛因斯坦從這點出發，提出了引力是時空彎曲的結果。這就好像，太陽地球都在一張薄紙上，太陽能壓彎紙面造成紙面的彎曲，地球也能，只不過太陽對紙面彎曲程度更高，而太陽消失後，這種原本的凹陷會像水波（引力波）一樣對周圍的紙面產生影響，隨後引力作用才會消失。

引力波

在愛因斯坦的宇宙中，水星被壓扁的圓環軌道會繞著太陽轉到，多快呢？大概是一秒鐘角度的500分之一。愛因斯坦解決了這個問題，從此，引力不再陌生神秘。引力原來是宇宙的構造被它所含物質彎曲所引起的。這就是愛因斯坦著名的廣義相對論，取代了傳統對引力是一種力的看法。

廣義相對論公式

在愛因斯坦之前，人們認為我們的宇宙一直「如此」，現在我們知道宇宙並不一直「如此」。所以，從知識上看，我們的宇宙才一百歲。