爱因斯坦广义相对论推导全过程（通俗分析爱因斯坦的狭义相对论）

时间，是一个比较抽象的概念，虽然我们每时每刻都能感受到时间的流逝，但时间看不见摸不着，让人总有点虚无缥缈的感觉。

爱因斯坦的狭义相对论给了我们一个完全不同的时空观，认为时间和空间都是相对的，会随着速度的变化而发生改变。简单来讲，就是速度越快，时间就会越慢，这就是所谓的“钟慢效应”（时间膨胀效应）。

在很多人眼里，相对论不太容易理解，这里就用一种通俗的方式来诠释狭义相对论。

首先，我们需要明白一个很重要原理，也是狭义相对论的重要公设之一：光速不变原理。

我们都知道，在真空状态下光速恒定为30公里每秒，但“光速不变”想表达的并不是这样的恒定，而是在任何运动状态下，任何参照系下都保持光速不变。说白了，光速是绝对的，相对于任何事物，都保持不变。

举个例子，你乘坐一艘90%光速的飞船飞行，我静止在地球上。飞船打开灯，在我眼里，飞船上灯发出的光的速度并不是光速 飞船的速度（也就是190%光速），而仍旧是光速。

就是说，平时我们所用的速度叠加概念，在光速这里就不适用了，或者说光速与其他任何速度叠加之后仍旧是光速，光速是绝对的，不需要参照系！

在我们的传统思维里，任何速度都是相对的，都需要有参照系才意义。但光速不需要参照系，它是绝对的。

明白了这点，下面进入正题，来个思想实验。

一个简单的光子钟，很简单的光子钟：两面镜子平行放置，相距15厘米，一个光子在镜子之间上下运动。

当光子钟相对你静止时，光子的运动轨迹很简单，就是上下垂直运动。运动一个回合的时间也很好计算，距离（15厘米）除以光速就可以了，这个时间非常短。

接下来把光子钟放在高速飞行的飞船上，情况就大不一样了。你看到的光子不再做上下垂直运动，光子的运动轨迹变成了斜线，如下图：

不过对于飞船上的人来讲（方便起见，起名为甲），光子仍是上下垂直运动。也就是说，在你眼里，光子的运动距离变长了。

由于刚开始所说的光速不变原理，在你眼里，光子运动一个回合的时间就变长了，也就是说，飞船上的时间变慢了，一切看起来都像是慢动作。

想象一下，如果光子没有“光速不变原理”这个特性，意味着光子也有相对速度，那么在你眼里，光子的速度也会和飞船速度叠加，你看到的光子运动轨迹就不会是斜线，而仍旧会是上下垂直运动。

问题来了，在你眼里，光子运动一个回合的时间到底是多少呢？

计算非常简单，利用勾股定理就可以计算出来了，如下图：

根据勾股定理，(ct’)2 (vt)2=(ct)2，去括号，移项合并之后，很容易得出最终的时间膨胀同时：

同时公式，可以看出，速度越快，时间就会越慢。假设速度达到光速，时间就停止了。超光速呢？速度会倒流。但相对论里，任何事物的速度都不会超过光速，只能无限接近光速。

这就是相对论里时间膨胀原理的通俗理解。在你眼里，飞船上的人（甲）的一切动作都是慢动作，我们普通人打个喷嚏一秒钟就完事，但甲就可能需要几分钟时间（甚至更长，取决于飞船的速度）才能完成打喷嚏的动作！