很多人覺得當下應該學最有用之科學，理科至上，校外補課班幾乎都是數理化，學生群體中，好像那個會解數學題、物理題或化學題的大神最能俘獲妹子的芳心，學生之間暗暗較勁的也都是這些，以此來互相打壓，也就是俗話說的智商碾壓，有的學生，自詡數理化厲害，語文英語很差，他不會覺得不好意思，反而說明自己智商高，家長之間的聊天也能看得出來，他們的孩子如果數理化很厲害而語文和英語不行，他們會覺得沒什么，如果反之，他們會覺得自己的孩子沒腦子。
相對來說，最招反感也是最容易受到其他學生嗤之以鼻的是那些文鄒鄒的人，三言離不開子曰，兩語離不開唐詩宋詞的人。總覺得這些人沒什么用，愛裝x，只會耍嘴皮子，文藝青年屁事多。大多數人也會覺得一個普通人成天說一些科幻，物理，天文之類的，也是屠龍之術而已，為什么？
因為他們認為這些對于一個普通人來說都用不到，不信的話，你現在要是科學院研究員或者某個權威機構的人，你說你在搞研究，大家豎大拇指，尊敬你是中國驕傲，可你要沒這身份，你說你是搞天文和物理的，大家就只能覺得你是個公眾號寫手，比如我。
這可能辯證法搞得我們的思維非黑即白啊，都說中國人最包容，最容易妥協，是 我們經常在既得利益下做妥協，分析利弊得失后選擇忍受或者包容，總有句古語：留得青山在不怕沒柴燒，忍字頭上一把刀。
有一句笑話，一個人想開一扇窗，幾個人都不同意，這人于是說要拆房頂，眾人皆說咱們開一扇窗也無妨，請聽明白，我絲毫沒有嘲諷國人之意，絲毫沒有借打壓之話語來襯托自己的多思，我僅是在不同思維模式上進行討論，都說我們最包容，那指得是在人際關系上，不信翻開歷史，我相信熟讀歷史者，一定明白我的意思，而不是在這和我計較愛國與不愛國。
我們這個最勤勞的民族，最具有包容性的民族，居然在思想和思維上是最缺乏包容的。
6-3=6你可以在數學上說這個式子是錯的，上幾期節目里有提到科學的數學化，標準化，但是6-3=6也是對的，總共有6塊糖，給你三塊我剩下三塊，但是物質的總量沒有變，就算你把它吃掉了，依舊沒有變。
這點我不加以討論，接下來幾堂課，我將帶大家重新去理解時間，理解物質與能量，理解相對論，然后我們再開始量子力學。
精彩的不是結論，會考試的都知道，精彩的是過程，不是每個人都知道，一定記住相對論不是告訴我們結論，而是給我們一種思維方式。
很多人在看三體第三部的時候很奇怪，說程心和關一帆為什么在黑域里出來，宇宙過了那么久，他們難道不老嗎？他們的皮膚和器官難道不會受到時間的影響嗎？就像是星際穿越里，男主去了黑洞旁邊的引力很大的水星球上兩個小時，飛船上的那位黑人，已經白發蒼蒼等了20年，不禁疑惑，難道引力會讓我們變年輕？
你一旦這樣理解，那就是把時間這個東西理解成單向線性關系了，上期咱們說了，科學把時間這個東西，從我們世界的內部剝離出來到外部，也就是時間化，客觀化了，所以現代人總是說：你別耽誤我時間；這個事情沒做完是因為我沒時間；時間緊任務重；我們把時間已經要精確到不能再精確了為止，你是一個開店的，你今天躺著睡覺沒開門你覺得損失了一天的營業額，你一看時間到了飯點你要去吃飯了.....
把外部環境也就是自然變成了觀察對象，我們現代人理解的時間和過去古人理解的時間，在很多方面那可謂天差地別，盡管過去有說，比如西游記里，天上一天，地下一年，但那層含義和我們現在要說的時間，不一樣。
相對論告訴我們：一個物體在高速運動的時候，長度會變短，時間會膨脹也就是時間會變慢。
咱們假設有一個距離地球40光年遠的星球。光需要走40年才能到達那里。那么如果你以80%的光速前往那個星球，你得飛行50年才能到達那里，對吧?在留在地球的我們看來的確是這樣。如果你出發的時候20歲，到達的時候應該是70歲嗎?
不是。根據相對論效應，高速運動的物體的時間會變慢。尋常的50年對你來說只有30年，你到達的時候，只有50歲!而你要是能以99.5%的光速飛行，你的時間將會比我們慢10倍!
這也就是說相對論效應可以讓人穿越到未來，比如你去黑洞附近呆一會，像是星際穿越里面那樣就ok了。這不是科幻，本質上是關于時空的理論
時空跟我們直觀所理解的完全不同，也正是如此，也就愛因斯坦才能大膽的提出這些。正是因為有了相對論，我們才知道有黑洞這種東西，我們才知道空間居然會膨脹，我們才知道宇宙原來有個起源，記得聯系宗教去思考這個問題，就知道起源問題為什么很重要。
而相對論是一個出了名的難懂的理論，現在的學生，連牛頓力學都搞不定，更別說大多數人都能理解相對論，并且應用它。據說愛因斯坦剛剛發表狹義相對論的時候，全世界只有2.5個人能理解，那半個可能是他的貓，那個時候中國是什么時期呢？清朝末期，大概距今一百多年前。
等到相對論被物理學家廣泛接受的時候、愛因斯坦這個民科，20多歲的專利局的職員，才有了些名氣，但是公眾又理解不了他說的這東西，科學家也都無法通過實驗去驗證，所以只能是個假說，大家討論來討論去，也不知道該咋辦，諾貝爾獎一直沒給相對論，反而最后實在不好意思了，大家都用人家愛因斯坦的理論，地位飆升卻沒有諾貝爾獎，可是沒關系，愛大神高產，憑著光電效應拿到諾貝爾獎，可以這樣說因為愛因斯坦獲諾貝爾獎，是諾貝爾獎的榮幸，哈哈哈開個玩笑。
咱們先從靜止和運動說起，有人可能要笑了，因為上初中我們就知道靜止和運動不是絕對的，是要有參照系的，是的，你只知道和理解了結論，但是你沒有具備這樣的思維。靜止和運動是一個討論了很久遠的問題。
又要從托勒密的地心說開始了，那個時候，他們認為地球是不動的是有道理的，咱就從一個方面說起，你拋出一個球，這個球會落到手中，請問如果地球是運動的，你怎么可能站在原地接到這個球呢?你現在聽當然是個笑話了，因為你知道牛頓大爺提出的慣性力，因為你知道相對，但那時候牛頓的祖先還不知道在哪呢。所以他們只能是以地球不動來構建模型，既符合直觀看到的，也符合當時宗教等背景。
你別笑，我在微博看到有人賣蠢的短視頻，比如標題是不要在運行著的高鐵上跳躍，不然你會從車廂這頭飛到車廂末，甚至你可以去問問有的上學的，你說如果一個人坐在運行的高鐵上拿著手電筒，那手電筒里的光豈不是超過光速了，你看看他如何回答。
請記住，這不是智商的問題，這是思維方式的問題。
咱們先來想一個思想實驗。假沒你在一艘豪華游輪上旅行，這般游輪在海上開的速度很快，但是它非常平穩,沒有任何顛簸。游輪上有個全封閉的大廳。里面有游泳池有球場，你甚至還可以在里面做物理實驗。
那請問，在不和外界發生任何題系的情況下，你能判斷出這般游輪是在前進還是靜止不動嗎?
你可以做各種實驗。比如說把球扔到空中，在靜止的情況下，球會回到你的手中。可是在封閉的游輪里也是這樣。球也會落回你的手里。你向游輪前進的方向射門，同在游輪上的守門員只會感到你射門的尋常速度，而不需要考慮游輪的速度。
只要游輪的速度平穩不發生變化。你就無法判斷它是在運動還是靜止!其實我們生活的地球就相當于是這樣一個游輪。 地球級太陽公轉的速度是每秒29.8公里，比飛機快的多，但因為地球走得幾乎是一條直線，你完全感覺不到它正在高速前進。
這個道理，最早是物理學的祖師爺天文歷法者加利略想明白的。你在速度是每小時50公里的游輪上建立一個坐標系研究物理學，我在地面建立一個坐標系，咱們其實是對等的。你相對于游輪是靜止的，相對于我是運動的。你向前射出一支箭，箭相對于你的速度是每小時360公里,那相對于我就是每小時360+50=410公里。
不跳出自a的坐標系往外看,你單憑做一個射箭、拋小球之類的實驗無法區分運動和靜止。勻速直線運動和靜止沒有本質區別，速度都是相對的。
這個其實就是相對論。這就叫”伽利略的相對論”。后面咱們說廣義相對論的時候你就知道，其實靜止和運動是一回事，咱們以后再說。
不論是古希臘人還是后來哥白尼時代的人，他們都覺得行星運行軌道是完美的圓周軌道，開普勒說行星運動的軌道是橢圓形的，他的證明是來自2000年前的阿波羅尼圓錐曲線的證明的結論，開普勒說行星運行只需要太陽給它個吸引力，它就可以運行。
再到牛頓出手，他說不止太陽和地球之間有引力，任何有質量的物體之間都有引力，引力普遍存在，甚至他覺得引力需要介質，所以想來想去，那就只能是空間中存在一種叫以太的東西（這不是牛頓提出的，是亞里士多德在很久之前提出的五元素之一的物質），他結合數學和天文觀測，才有了牛頓力學，名字叫《自然哲學的數學原理》 ，他創的微積分就是為了解決這些問題，物理學逐漸發展。
物理學家認定，無論你是外星人還是地球人，無論你速度多塊，你的坐標系都不是唯一的和特殊的，這叫做“不特殊論”
愛因斯坦的相對論其實是伽利略相對論的延伸。伽利略相對論是說：如果你不往自己的坐標系之外回看，你做任何拋小球之類的'力學實驗都無法判斷自己是運動還是靜止的，而愛因斯坦相對論則是說：你不用限制在力學范圍，你不管做什么實驗你都無法判斷自己是運動還是靜止的。
聽起來像是哲學
還真是這樣。哲學家很喜歡談論相對論。但是物理學家對哲學家有時候是嘲諷的態度。有一套特別厲害的物理學教材叫《費曼物理學講義》。是大概有史以來最有趣的物理學家理查德.費曼在加州理工學院給本科生講課的記錄。費量在這個講義里專門設置了一個小節，叫“相對論與哲學家”。
費曼說，有些哲學家把相對論想的特別容易。哲學家聽說了相對論的這個信念，就覺得這對我們哲學家來說不是明擺著的原理嗎?不跳出自己的坐標系你當然不知道自己是運動還是靜止!物理學家折騰半天，結果還不是我們哲學家在山頂和神學家等候多時了嗎？
是嗎?相對論如此平凡嗎?哲學家坐在家里喝著茶就能想出來嗎?牛頓以后的物理學之所以不叫哲學，就是因為物理學不是坐在家里就能想出來的學問，物理學家靠的是數學、實驗和觀測等科學手段，去對自然進行拷問的實驗科學反過來去檢驗理論科學，上幾期節目我們說過這個。按照伽利略說的要有第三觀察視角，那么一個人拿著手電筒跑，在第三觀察者看來，手電筒發出的光的速度自然要大于的光速。
但是我們現在知道相對論的事實是光速在任何坐標系里都是一樣的。
咱們慢慢從相對論怎么出來的開始聊起，有一個重要的人，英國物理學家，麥克斯韋，他統一了電磁力學，多有意義，咱們之前不是說過了么，自然力，誰能提出統一模型，并且得到了實驗的驗證，你就是巨佬，諾貝爾獎因為頒給了你是它的榮幸。麥克斯韋催生出了相對論。
你看看生活中，力學是最久的從人類使用工具開始，盡管不明白原理，但是不妨礙發明和使用，這就是技術，而非科學，然后是能看到的光學現象，電早就有了，比如閃電，但是人類用電是近代的事情，電磁學不神秘，就是電荷之間的相互作用，電子帶負電，離子帶正電，電子跟離子之間就有一個吸引力，而兩個電子或者兩個離子之間就有一個排斥力，也就是同性相斥，異性相吸。
那什么是磁呢?磁來源于電，是電荷的運動產生磁。一段導體中有電流，它周圍就會有磁性。像我們平時看到的磁鐵，也無非就是其中原子排列的很整齊，每個原子周圍電子的運動帶來的磁力。
而如果用物理學家的眼光理解電磁現象 你必須得掌握一個概念，叫做“場”兩個電荷之間發生吸引，請問這個吸引力是怎么感覺到的呢?難道一個電荷隔空就能感到另一個電荷的存在嗎?這里邊可沒有什么“超距作用'。
每個電荷都會在自己的周圍形成一個“電場”,另一個電荷不是跟這個電荷直接發生相互作用，而是跟這個電荷的電場發生相互作用。
確切地說，是所有的電場和磁場重疊在一起，形成一個總的電磁場，然后各個帶電物質根據自己所在位置的電磁場來決定自己怎么運動。電磁場可不是物理學家的想象，而是客觀存在的東西，這句話上學的時候經常考。你完全可以用儀器探測出來。但是什么氣功高手能體察到“能量場”。厲害的人的周圍有“氣場”，這些“場”就不是電磁場了。
現在麥克斯韋出場，把之前法拉第等人的所有雜亂無章的理論全部統一，麥克斯韋方程描寫了所有電磁現象。
電荷產生電場: 沒有磁荷; 變化的磁場也能產生電場；右邊的第一項說的是電流產生磁場；所有這些都是當時已知的物理知識。
我們重點說說它的第二項。這一項就是麥克斯韋的獨特發現。一方面，是麥克斯韋考慮到電和磁之間應該有一個對偶的關系。那既然法拉第的實驗證明變化的磁場能產生電場，變化的電場是不是也能產生磁場呢？另一方面，這一項也是讓方程組在數學上自洽。讓電荷數守恒的要求。這一項，就是說變化的電場也能產生磁場。
后來人們用實驗證明麥克斯韋是對的。但請注意，麥克斯韋這個發現純粹是理論推導出來的麥克斯韋用的僅僅是數學。
好，現在麥克斯韋知道
變化的磁場能產生電場
變化的電場又能產生磁場
那首先你就能看出來，電和磁其實在某種程度上是“一回事兒”,電場和磁場可以互相產生，就算沒有電荷，用磁場也能產生電場。
但麥克斯韋緊接著想到，如果我用線圈弄一個震蕩的電流，產生一個周期變化的磁場，那么這個周期變化磁場就能產生一個周期變化的電場，而這個周期變化的電場又能產生新的周期變化的磁場...以此類推，豈不是說這個電磁場可以一直傳播下去嗎?
這就是電磁波!
二十多年以后人們真的在實驗中制造了電磁波，給后世生活帶來巨大的影響，不過麥克斯韋在意的不是電磁波的實用價值，你看看無用之學又出來了。
麥克斯韋可以用他的方程組直接計算這個電磁波的傳播速度。他算出來電磁波速度，發現跟光速的數值是一樣的!
光是有速度的。你打開一盞燈，光線不會瞬間傳播到宇宙的另一頭去。當時的人已經在實驗中測量了光速，并且在1801年就知道光是一種波，但是人們不知道光到底是怎么回事。
而現在麥克斯韋計算得出的電磁波的速度正好是光速，于是麥克斯韋大膽宣稱，光，其實就是電磁波。后來人們證實果然是這樣，我們平時所見的可見光無非就是特定頻率的電磁波而已，波粒二象性。
你會發現在物理學的歷史上，從天上的東西和地上是一回事兒（引力），勻速直線運動和靜止是一回事（光速），電和磁是一回事兒（電磁效應），而現在麥克斯韋說光跟電磁場（波粒二象性）其實也是一回事兒。
這么一來，物理學的邏輯結構就變得更簡單了。牛頓力學加上麥克斯韋電磁學，身邊的一切物理現象等于是都被理解了。這絕對是英雄的壯舉。
但是，你麥克斯韋的光速是咋測的呢？這是一個很重大的問題。因為在邏輯層面你必須要參照系或者坐標系去討論速度。
還是那個例子，一個人在高鐵上射箭，相對于它自己的參照系來說，射箭的速度就是一百公里每小時，但是路邊有一個站定的人看著高鐵上射箭的你，其實你射箭的速度應該是射箭的速度+高鐵運行的速度。因為速度是相對的。
那麥克斯韋測出的光速是相對于誰呢？
我們覺得可以是手電筒里的光速唄，但是，宇宙中有一種“雙星系統'。就是兩個臨近的恒星互相繞著對方旋轉，誰也離不開誰。從我們這里觀察，就總有一顆恒星在向著我們運動，另外一個幅星向著我們相反的方向運動，對吧
如果光速是相對于光源的速度，那么向我們走的這個恒星的光速就應該更快一點，離我們而去的恒星的光速應該更慢一點。
這個速度差異并不大，但是因為雙星距離我們十分遙遠，星光到達我們需要的時間就很長，這一點點速度差異就足以讓我們觀察到兩顆星的星光到達地球得有一個延遲。
可是天文學家觀測了各種雙星系統，從來都沒有看到任何延遲。兩個恒星的光速始終都是一樣的！你看看這個參照系多重要。
說明光速和光源的速度無關，物理學家對此并不感到驚訝，因為電磁波本來就是脫離最早產生它的電荷和電流而獨立存在。波，畢竟不是舉例子里射出去的箭。
物理學家設想，光其實是遍布宇宙空間的某種介質的波動，而光速就是相對于這個介質的速度.....可是當時的人萬萬沒想到，這個解釋的問題更大。
比如遠處有人說話，聲波傳到你耳朵邊，并不是他嘴邊的空氣傳到你耳朵邊，水波也一樣，并不是遠處大海的水到你這邊，而是水波相對于水在動，波傳遞的只是信息和能量，而不是物質，也就是介質不需要動。
所以當時的人就和牛頓覺得引力需要介質隨即提出可能存在“以太”介質，光既然是電磁波，那么它也需要一個假想的介質就是“以太”
物理學家們想，以太肯定存在宇宙各個角落，并且是稀疏的物質，因為我們感受不到它們的存在，以太不阻礙任何物體的運動，但是以太又必須是硬的東西，為什么？因為此時物理學家知道，不同介質傳播速度不一樣，固體大于液體大于氣體，所以以太很矛盾。
美國物理學家阿爾伯特邁克爾遜發明了一個特別漂亮的測量光速變化的方法。他把一束光分成兩束，在垂直的兩個方向前進，走過同樣的距離，經過鏡子反射之后再回來。如果光速在兩個方向上是一樣的，兩束光就會形成一個完美的干涉條紋。但是只要這兩束光的速度有一點點不一樣，這個干涉條紋也會被破壞。這個裝置足以發現極其微小的速度差異.
現代人發現引力波的實驗裝置也是用了這個原理，激光發現空間的微小變化。
這就是發生在1887年的“邁克爾遜-莫雷實驗”。實驗結果是地球上的光速在所有方向上都是一樣的。
這也就是說根本就沒有以太。這也就是說光根本不需要介質，就能在空間傳播。
這也就是說勻速直線運動和靜止還真是沒有本質區別。
但這也就是說，物理學家還是不知道光速到底是相對于誰的。
此時1887年，愛因斯坦才8歲，
愛因斯坦16歲就瑞士的蘇黎世聯邦理工學院錄取，但是要求他必須要先上完高中，就相當于保送，他本來在慕尼黑上高中，但是受不了軍事化管理，后來去了那個理工學院，但是那里實驗等設備太陳舊，麥克斯韋方程都出來40年了，那都沒有這個課程，所以愛因斯坦自學，他和老師關系極差，天才的通病吧，他瞧不起老師，老師也瞧不起他，后來和自己的女同學米列娃相愛，但是成績都不是很好，前幾名是科學家，他倆也有了孩子，愛因斯坦只能為了生計去當家庭教師，后來又去了專利局當低級工作，但是天才或者說不放棄自己的有能力者絕對不會因為自己的處境就開始怨天怨地怨社會怨學校，這話是我對我的同齡人說的。
愛因斯坦盡職盡責干到了26歲,利用業余時間搞出來的論文。
人要成功光有機遇還不行，因為當時至少有還兩個人--洛倫茲和彭加菜，這兩位大佬大家也都熟悉，他們也摸到了相對論的門,但是這兩人都沒有成功。楊振寧說“洛倫茲有數學，但沒有物理學;彭加萊有哲學,但也沒有物理學。'那為什么是愛因斯坦打開這扇門呢?因為愛因斯坦有個'自由的眼光”，自由是科學的必要，我在之前節目里也說了基督教賦予其的自由條件。
愛因斯坦敢質疑當前現狀。愛因斯坦不跟體制和解。楊振寧說愛因斯坦這種“孤持的個性,是他能取得偉大成就的必要條件。
但是你光有機遇和個性也不行。愛因斯坦的物理直覺，也許是一種天賦，天才天才就是和其他人不一樣。
比如他五歲的時候，就對一個指南針非常感興趣。小孩對指南針感興超很正常，但愛因斯坦的思路不一般，他覺得指南針說明我們所處的這個空間有問題!空間不是各向同性的，居然有一個特殊的方向!
愛因斯坦16歲就寫了第一篇物理論文，這篇論文的題目是《磁場里以太的狀態的研究》。他就問了一個問題，說如果我以光速在運動，那我看到的光，會是什么樣的呢?難道光會是靜止不動的嗎? 我們很多人在16歲恐怕還在撓頭牛頓爺爺的力學和空間幾何呢。
當時愛因斯坦就說，他認為不會是那樣的，他說根據麥克斯韋的理論，不管我是什么速度，我做實驗弄出光波來，光波還是會以光速在運動。
普通人生來是要適應世界。愛因斯坦不是來適應世界的。他是來改變世界的，所以如果有一個孩子從小思維就是獨立特性，你千萬不敢過多干預，當然我指得是獨特思維，那種和尿泥玩的，你可勁打吧，哈哈哈 開個玩笑，千萬別當真。
1905年被稱作愛因斯坦奇跡年。
伯爾尼瑞土專利局的助理鑒定員阿爾伯特愛因斯坦,利用業余時間開展科學研究,于1905年發表了六篇物理學論文。其中四篇，用物理學家楊振寧的話說，引發了人類關于物理世界的基本概念--時間、空間，能量,光和物質的三大革命，也是我們宇宙課堂以后主要說的全部內容。
1905年6月9日,愛因斯坦發表《關于光的產生和轉變的一個啟發性觀點》。當時物理學家認為光是一種連續的波動，而愛因斯坦在這篇論文里針對“光電效應'這個現象，提出一個解釋，說光的能量不是連續變化的，而是一份兒一份兒的--是'量子化的。這篇論文開啟了量子力學。到1921年，這篇論文還得了一個小獎，叫”諾貝爾獎”。
7月18日，愛因斯坦發表《熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮粒子的運動》，解釋了布朗運動。人們一直都在猜測世間的物質都是由分子和原子組成的，但是因為分子原子的尺度太小，顯微鏡根本看不到，一直沒有直接的證據。而在將近80年前，英國植物學家羅伯特布朗用顯微鏡觀察到水面上的花粉顆粒一直在做永不停息的不規則的運動。
愛因斯坦這篇論文說，花粉之所以會動，那是水分子的熱運動在不停地推它的結果，而且他能據此準確計算水分子的性質。這篇論文是人類第一次實錘證明了分子和原子的存在。
9月26日，愛因斯坦發表(論運動物體的電動力學》,這篇論文就是狹義相對論。
11月21日，愛因斯坦發表《物體的慣性和它所含的能量有關嗎?》,這篇論文用狹義相對論推導出現在盡人皆知的公式：E=mc^2,并據此說明質量和能量其實是一回事兒，當然了這個是在牛頓的力學基礎上搞出來的，咱不能忽略牛頓大爺的貢獻。
這些論文實在太革命,它們剛出來的時候都讓物理學家有點兒懵。但是短短幾年之后，就獲得了實驗上的證實,并且被普遍接受。
如果把一個現代物理學家穿越到1905年去,他敢不敢用這個速度發表那些論文，敢不敢一個人獨占這么多革命性的榮譽，我覺得穿越小說都不敢這么寫，哈哈想起了夏洛特煩惱里抄襲周杰倫的歌曲。
這就叫要么不出手，要么嚇一跳，愛因斯坦是誰派來改變世界的呢？盡管有人說沒有愛因斯坦，后人也會發現這些理論，因為信息量增加的一個必然趨勢，那么你可以這樣想，沒有他，你現在很多享受到前沿科技帶給你的體驗都沒了，現在拋開因為他有了原子彈這事，因為這個太難說了，如果這樣想問題的話，那科學家們不是人類的功臣而是災星。
到現在這一步，麥克斯韋電動力學解出來的光速，到底是相對于誰的。實驗證明光速與光源的速度無關，而以太不存在，地球上哪個方向的光速都一樣。那這件事兒你到底怎么面對。
愛因斯坦出手了。
我不知道你小時候學物理的時候想過沒有，既然物理定律都能用數學表示，數學如此重要，那所謂物理學，是不是無非就是數學應用題呢?對做題的學生來說，物理題的確很像數學應用題。但是物理學家可不是拿著定律做題的人，他們是提出定律的人，數學不一樣，前人比如歐幾里得給定的定理，你是一個新的都插不進去，它里面的定理沒有一個是多余的，他們給出的數學問題是至今都解決不了的。
而物理學家做的事情，是你敢不敢對這個世界是怎么回事兒，提出一個假設。然后你再去驗證這個假設。做這件事，除了數學，你還得有智力勇氣，你還需要'物理直覺'。
愛因斯坦的天賦就在這里。愛因斯坦提出相對論的論文題目叫做《論運動物體的電動力學》，直接說的就是光速危機。愛因斯坦的解決方案是一個撥云見日的斷言：一切勻速直線運動或者靜止的坐標系下,物理定律都是一樣的。
這句話叫做'相對性原理'。它是加利略相對論的推廣。伽利路說力學在一切勻速直線運動和靜止的坐標系中是一樣的，而愛因斯坦現在說不用非得是力學，一切物理定律，包括電動力學都是一樣的。
光速不變,可以說就包括在相對性原理之中。不管你是哪個勻速直線運動的坐標系，電動力學都一樣,所以解出來的光速自然也都一樣，光速c=299792458米/秒。光速是相對于誰的?答案是不管相對于誰，它都是同一個數。物理學家用英文小寫字母c來代表光速，它不是一個變量，它是一個常量。
這也就意味著，不管你是站在地面靜止不動，還是在飛速的高鐵上，還是在以接近光速飛行的宇宙飛船上，當你看到一束光的時候，這束光的速度永遠都是c。
你要問愛因斯坦大爺，為什么不同坐標系下的速度不疊加呢？我迎著光走，他到達我身上豈不是更快一點嗎？愛因斯坦會回答你，不是，不是光有問題，而是你有問題，準確來說，是你的時空觀有問題。
比如我們在做一道題的時候，運動的物體時間會變慢，如果你不知道相對論，不知道光速不變，那你肯定會假設時間不變，而光速變化，因為你總是認為時間是線性單向的，所以你一旦相信光速不隨參照系的變化而變，狹義相對論你就明白了。但是這才是第一步，對于大多數人來說，時間才是最難理解的。別看我們好像對時間很熟悉一樣。
怎么理解時間變慢了這個現象呢?是我們測量用的表有問題嗎?不是。
根據相對性原理，物理定律在任何一個勻速直線運動的坐標系都應該一樣，表根本就感覺不到自己是在運動還是靜止。不但表感覺不到，如果你跟著盒子一起動,你的意識、你身上的每個細胞,組成你的每個原子，也都感覺不到任何問題。
是時間本身，變慢了。而這個'變慢'也是相對的。運動的你完全感覺不到慢，是在地面不動的我，覺得你慢。
而且這個效應普遍存在，你總是可以假想這個有光的盒子。只要你相對于我有個速度，我看你的時間就比我慢。
為什么我們平時感覺不到這個效應?因為我們平時的相對速度都太低了。只有在v相對于c不是特別小的情況下,相對論效應才會明顯。
那你馬上就能想到，如果你能來一段高速的長時間的旅行，再回到我身邊，你豈不是就會比我老的慢嗎?是的!這個效應已經有實驗證明了。咱們之后再說。
如果你覺得相對論怪異，那這一切的怪異都是來自光速不變。可是光速為啥不變呢?
復旦大學中文系的嚴鋒教授，曾經有個調侃，說我們這個宇宙其實是一個計算機模擬，因為系統的計算能力有限，所以必須給光速設這么一個上限。
但是從物理學角度，我們知道光速其實是從麥克斯韋方程組解出來的，它是這幾個數學方程的一個漂亮的性質。你要覺得光速怪異，首先應該問為什么麥克斯韋方程組是這樣的，為什么能解出電磁波來。
這么想的話,答案就是因為我們這個世界本來就是這么奇妙。
你想想，為什么會有“光”這個東西存在?為什么一個帶電粒子做點有變化的運動，它就會產生光呢?這難道不怪異嗎?
看看我們的周圍。這個世界的存在本身，就已經是一件不可思議的事情!那相對論又有什么可驚奇的呢?只不過相對論是個高速效應，而我們熟悉的東西恰好都是低速的而已。
