时空一体：时间膨胀，空间收缩 08
狭义相对论告诉我们，运动的物体时间会变慢，长度会变短，即时间膨胀和空间收缩。
也就是说天天做飞机的人会比我们年轻？不，飞机的速度相对于光速太慢了，不值一提！
爱因斯坦的狭义相对论，统一了时间和空间，后来也统一了质量和能量。
万维钢说，物理学的发展就像是高人看破红尘一样戏剧，19世纪之前人们认为对的理论在19世纪被推翻，再到后来量子力学的诞生又一次颠覆物理学的大厦。
比如前面的牛顿经典物理在高速运动的研究对象面前会被颠覆，而当引力出现时，狭义相对论将失败，取而代之的是一组叫广义相对论的新定律，在黑洞内部奇点的邻近，广义相对论将失败，取而代之的是一组叫量子引力的新定律。
你看，连定律都是有个度量，更不用说我们工作和生活中的琐事了。
01 时间膨胀告诉我们可以“长寿”
科学上曾经做了一个实验，一种叫做“μ子”的基本粒子。μ子可以视为是电子的一个变种，它是一种非常短命粒子。
因为一个μ子很容易就变成一个电子和两个中微子，物理学家管这个过程叫“衰变”。μ子在静止坐标系下的半衰期只有2.2微秒 —— 1微秒是一百万分之一秒，而这句话的意思是说，给你一堆μ子，它们每隔2.2微秒，就会死掉一半。
但是我们说了粒子不会变老，所以剩下的这一半μ子的半衰期，还是2.2微秒 —— 也就是说再过2.2微秒，它们还会再死一半。就按照这个固定的速率衰变。
地球天空中的高速宇宙射线中就有μ子，它们一边冲向地面，一边衰变 —— 你可以想象，能成功活着到达地面的μ子，应该是很少的。
1941年，物理学家拿μ子验证了相对论 。他们首先在美国华盛顿山的山顶上用仪器测量了μ子流的密度，他们专门统计那些速度是 0.994c 的μ子，看看在一定的面积内，一小时能收集到多少个这个速度的μ子。
华盛顿山的高度大约是2公里。这些μ子从山顶到达山底大约需要走6.7微秒。如果这些高速μ子的半衰期跟静止μ子一样，那么这6.7微秒可是好几个半衰期，山底收集到的μ子数应该是山顶的 8.5 分之一。
可是，如果相对论是对的，那么这些速度是 0.994c 的μ子的时间就应该变慢，它们的半衰期就应该变长，那么你在山底就应该收集到更多的μ子。这就相当于飞船上的一群宇航员，走了很远的距离本来应该几乎全死了，结果却没有死多少。
实验结果，山底收集到的μ子数是山顶的 1.3 分之一。这些μ子真的通过高速运动保持了青春 —— 这正是相对论预言的结果，数值丝毫不差。
1979年物理学家又做了一次实验，他们用欧洲核子中心的粒子加速器把μ子加速到了0.9994c，结果这些μ子的平均寿命就被延长了29.3倍！
相对论不但正确，而且非常精确。
所以，如果你能把速度提高到无比地接近光速，那你的一天是地面上的人一年、甚至一千年，在理论上都是可能的。你就等于是穿越到了未来。
02 质量 = 能量
在牛顿力学中，所有定律都隐含着这样一个基本前提，即物体的质量是不变的。而根据狭义相对论，物体的质量不是恒定不变的，质量也是相对的。
物体的运动速度越快，质量就越大。当物体的速度趋近光速时，它的质量变成无限大。
所以超越光速是不可能的，之所以光是光，那是因为光子是没有质量的。
爱因斯坦进一步思考，几乎所有的物体都必须使用时钟与量尺来测量，既然时钟和量尺都是变化的，所以我们必须校正所有的物理量。于是，他导出了两个重大的结论：
第一，质量可以转换为能量。质量=能量
第二，每个物体的惯性在物体接近光速时，质量会变到无穷大，也就是速度越快，重量越重。
这个结论，又一举颠覆了19世纪的两大物理发现，那就是著名的E=MC²，C代表光速，大约每秒30万千米。E是静止物体所含的能量；M是它的质量。属于质量M的能量等于这质量乘以光的巨大速率的平方。那就是说，对于每一单位质量都有一个巨大数量的能量。
这也就是当年原子弹发明的理论依据。
03 狭义相对论的危机
牛顿万有引力的精髓是物体质量的存在导致了引力，万有引力是和质量有关的，质量越大引力越大，物质的密度大了一些，引力就会大。这在牛顿之后的两百多年里被认为是宇宙间的绝对真理。
引力存在于宇宙所有物质和能量之间，是人类最早认识的一种基本作用力。引力作用支配着宇宙的形成和演化。在牛顿的经典力学中，万有引力被认为是一种超距作用，是瞬时传播的，速度远远大于光速。爱因斯坦发表狭义相对论以后，多位科学家以引力传播速度大于光速为由，对狭义相对论提出质疑。爱因斯坦很清楚，如果引力的速度是超光速的，那么狭义相对论的基础就不会存在。
接下来就诞生了广义相对论！下篇谈。
总结
伟大的人，其精神总会让我们肃然起敬，很多对于爱因斯坦的传记都说，爱因斯坦小时候成绩不是很好。但实际不是这样的，天才总有天才的运气，爱因斯坦从小就对数学和物理感兴趣，所以他创造了很多神话。
我想，如果爱因斯坦出生在牛顿那个年代，说不定爱因斯坦创造的成果和牛顿相当，并不会出现相对论这样具有颠覆性的神话。
牛顿是站在笛卡尔肩膀上做研究，而爱因斯坦是在牛顿+麦克斯韦的肩膀上做研究。
我看到的是不断优化！
参考文献：
《万维钢经营日课》
《时空简史》
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