【一】狹義相對論的時空觀


首先介紹什麼叫時空。
很多書上直接說時間和空間合在一起稱為時空，這太籠統，不直觀，而且沒有強調重要細節，你看過這種說法之後，也許會以為自己知道了時空就是那麼一回事，但實際上我告訴你你啥也沒知道。
這就像是有人告訴你魔法符文就是魔法和符文合起來一樣，你以為你懂了，但你實際上還是不知道什麼是魔法符文（【題外話】魔法符文是假定某種魔性生物的存在，且它們能感知魔力，當你將某種符號灌注魔力，或者你用魔力鋼筆水書寫了符號，這些魔性生物能感知到鋼筆水的魔力，然後辨認你的符號，了解你想要讓他們幹什麼，這才是魔法符文。你隨便寫個符號而不灌注魔力，是屁用沒有的）。


那麼什麼是時空呢？
時空首先是一種觀念，你如果是塊石頭，你是不會有這種觀念的。
時空的觀念中，首先是時間的觀念。
現實世界並不存在時間，而只有變化。時間是我們構建起的一種用來度量變化快慢的觀念。
空間也一樣，現實世界並不存在空間，空間是我們對於自己看到的現實世界影像的一種度量觀念。


物理學界在牛頓理論盛行的時代，一直都認為時間和空間是客觀存在的，證據就是物體存在於某個範圍，這範圍就是空間，而歷史進程對應於時間。


但是在相對論被愛因斯坦發現後，這套說法就過時了。


下面我們會給大家講講相對論裡面如何看待時空的。

常規的時空觀總是告訴我們：
你先設想只有你自己的世界，然後它巴拉巴拉講了一堆


事實上，【只有你自己的世界】這句話里暗藏了一大堆假設，只是一般人很難意識到這些預設的前提


相對論告訴我們，看待世界時，不要預設那些狗屁理想情況，因為那本來就不現實


我們看待世界的真實狀態是：
你是一個觀察者，你看到周圍物體的影像，你通過這些影像的變化感知到你周圍事物的變化，於是你猜測應該有時間這類概念來描述變化的快慢


這些才是你可以確定無疑的東西


至於別人告訴你時空是什麼，運動又是什麼，那都是在用他的觀念灌輸於你，你沒有親見，你也不可能站在他的視角親見


沒錯，真正的時空理論本質上是觀測理論

我們唯一可以確定的是，我們看到了影像，影響的變化表明變化進程的存在



而牛頓力學的空間是牛頓對他觀察到的影像的規律進行總結得到的描述概念，比如牛頓認為空間是三維平直的，各向同性且均勻的
牛頓的時間也是基於他自己的認識總結的概念：均勻流逝，方向不可逆

關於時間和空間，牛頓還總結了一條：他倆一分錢關係都沒有



這是牛頓對時空的看法。


而很多人最終通過自己的日常經驗發現：好像真是牛頓說的這樣


所以我們都建立了類似牛頓時空觀的時空觀
我們都以為自己看到的空間是平直均勻的，時間均勻流逝，時間和空間互不相干




伽利略當年與亞里斯多德的繼承者爭論過輕物和重物誰下落快的問題，伽利略的偉大之處就是突破了直覺和經驗的限制，用理性的分析得到結論：不考慮空氣阻力的話，輕重物體下落一樣快


相對論了不起之處也在於突破了直覺和經驗的限制：
相對論告訴我們：我們所看到的影像就是影像，我們對變化的感知就是對影像變化的感知
我們無法站在別人視角看問題，你的世界最終取決於你自己的視角

科普書裡的相對論，通常會告訴我們，高速運動物體的時間變慢，高速運動物體會在運動方向上尺縮


那麼這些術語的意思是什麼呢？
白話來說就是：
如果我高速向前跑（比如我是閃電俠），那麼你們看我都會認為我在打太極拳，我邁步的動作奇慢無比，儘管我前進得嗖嗖的
這叫時間變慢，或者叫物理進程變緩，簡稱鍾慢


如果我高速向前跑，我會變成紙片人，就像我身前身後有壓力把我壓扁一樣，但我身高和肩膀寬度不變，因為我前進的方向是前後方向的，所以我只在這個方向上被壓扁
這就叫物體在運動方向上的長度縮短，簡稱尺縮


相對論的尺縮鍾慢就是這樣的

了解了尺縮鍾慢，我們現在說說相對論如何看待時空：


相對論中，每一個觀察者都有自己的觀察角度，他的時空觀念取決於他的視角，而不取決於別人的視角


因此，每個人有自己的時空觀，並不存在一個包括所有人的視角在內的時空觀
所以相對論科普常說：相對論中沒有絕對參照系，沒有上帝視角




每個人在自己的視角下經歷的所有變化，最後組成了這個人的世界
相對論中提到，在時空這個概念下，每個人或者物體在時空中都有自己的世界線，即這個人或者物體沿著時間所進行的運動在時空裡形成的軌跡
不過這話說了半天你也很難明白，實際上你也不需要明白這個繞口的解釋，他根本不涉及物理核心，它只算是一種數學理論描述，和現實一毛錢關係沒有


直觀的解釋其實很容易理解：
每個人在自己的視角觀察到了他一生的遭遇，這些遭遇實際上是周圍物體被這個人觀察到的影像的變化，當然，我們所說的影像最終還是會起到實際作用的（後面會解釋影像如何能產生真實影響）


所以，一個人所有的觀察結果組成了他一生的遭遇，這就是他自己的世界（儘管這個世界裡看似有其他人存在，但別忘了那些是影像。【實際上別的人也確實真的存在，但你看到的仍然只是他們的影像】，這一點是肯定的。雖然這是句廢話，但很多人理解相對論時，總是在這句廢話上栽跟頭）


原因就是，我們不可能看到別人的【本體】，我們連自己的【本體】也看不到。因為當我們用觀測這個詞的時候，已經限定了我們觀測到的只能是影像（包括觸感、聽覺、味覺。這些都是廣義的影像）


也許有人可以不負責任的假定他能觀察到一個事物的真相，但我們不會這麼大言不慚，從謹慎嚴謹的態度上來說，我們只說我們觀測到的是影像，這是一種負責態度






如果你知道相對論中有尺縮鍾慢或者質量增加之類的奇怪效應，那麼你就會認識到【影像】的意義何其重要！你就會和那些不負責任自以為是以為自己能觀察到其他人本體的二貨劃清界限！


請看下面的例子：
我們假定有一艘太空船能達到光速，飛船里有駕駛員，是你，而我是你飛船外部的觀察者。


那麼當你的飛船光速飛行時，相對論中會有如下結論：


1----你自己並沒有感覺你時間完全停滯，你該幹什麼幹什麼，你自認為你的飛船與你保持靜止，你在裡面來回走來走去就像在自己家裡一樣
2----我作為地球上的觀察者，認為你的飛船光速飛行，按照相對論，你的時間完全停滯，如果你的飛船原本會發光，我會發現你的飛船隱形了！！！因為你的飛船原有的發光的物理機制停止了，不再發光了，所以我看不到你的飛船了！！！
3----你自認為飛船里的前後長度完全沒變化，就像你出發前停在機場時候一樣，你老婆孩子和你一起在飛船里，你也沒發現她們變形，還和平時一樣
4----我作為地球上的觀察者，我認為你的飛船寬度沒變，上下高度也沒變，只是前後長度壓縮成0了，變成一張二維薄片，當然你和你的家人肯定也變成薄片了
5----你通過飛船舷窗觀察外面，你發現所有東西都光速運動向後退，他們全都時間停滯，不再發光，你周圍一片漆黑
6----你認為周圍一切物體都在向後光速撤退，它們寬度和高度也都沒變，但是前後長度都縮為0，變成薄片

為什麼會這樣？這不是有矛盾嗎？
明明你覺得自己沒變成薄片，我卻認為你變了？
明明你還在自由活動，我卻認為你時間停止了？


答案如此簡單：
我看到的變成薄片且時間停滯的你和你的飛船，只是你和飛船在我的世界裡的【像】
你看到的變成薄片且時間停滯的你飛船外的周圍事物，只是那些事物在你的世界裡的【像】
而本體都在自己的世界裡，沒變！！！


所以，相對論會告訴你：
當你光速運動時，你和我不在同一條世界線上。
這話你可以直接理解為，咱們倆根本沒在同一個世界裡。

那麼，下面我們要介紹更顛覆你三觀的東西：


為什麼咱們倆坐在同一條板凳上，你覺得你和我同處一個世界呢？


相對論告訴你：我和你運動速度差異越小，我看到你在我的世界裡的【你的像】的物理性質越像【你本體】，你看到我在你的世界裡的【我的像】越像我【本體】
如果咱倆相對靜止，那咱們的【像】和【本體】幾乎就是一樣的！！！
所以咱們產生錯覺：咱倆同處於一個世界


但是當咱們運動速度差異變大時，【像】和【本體】的差異就會加大，運動速度差異達到光速時，就出現前面說的那種古怪情況，其實抽風的是咱們在對方世界裡的【像】，咱們的本體都沒變化！！


所以，我們可以設想一個情況：
你在用手轉一個棍子，就像孫悟空那樣，假定這棍子轉的足夠快，比如說棍子兩頭能達到光速
那麼，距離你最近的棍子中間部分，它的像近似與你保持靜止，你會發現它的時間變慢幾乎沒有發生，他也沒有因為運動變細
但是距離你越遠的棍子上的部分，它的像變形就越嚴重，時間變慢效應也更嚴重
因此你會認識到這個轉動的棍子其實是由各個不同部分在你世界裡的【像】組成的，越遠離你的像越詭異
越靠近你的像越正常


這個其實就是所謂的愛因斯坦轉盤的效果，也是一個所謂的非慣性系

任何一個物體都由很多部分組成，不同部分之間如果沒有相對運動，那麼就是相對靜止的，就可以視為在同一個世界裡
如果你身體各部分之間的速度差異不大，那麼它們按照相對論也是近似在同一個世界裡的
而現實里我們每個人身體各部分的運動速度差異都遠遠小於光速，所以你的腿在你的手的世界裡的像和腿的本體的物理性質幾乎沒差別，你全身各部分都近似處於同一個世界


除非你變成前面我們說的那根高速旋轉的棍子，那棍子會發現自己不同部分的【像】尺縮鍾慢差距大得離譜






到此為止，你已經建立起了相對論的時空觀：
每個人有自己的時間和空間體系，即他自己的世界。不同的人在相對靜止時可以視為同在一個世界，相對運動速度差距不大時，也可以近似認為在同一個世界。但是如果相互間的運動速度差異接近光速，那麼就完全不再同處一個世界，只能在自己世界裡觀察到對方的【像】邪異得離譜

【二】真實的影響---雙生子佯謬


相對論雖然告訴我們，我們每個人每個事物的本體①有各自的世界，但所有物體的本體仍然都是存在的，它們互相影響
【注①】謹慎起見，這裡不包括微觀粒子，因為微觀粒子是否能成為一個觀察者，或者是否有和我們宏觀觀察者類似的性質，這都是未知數，微觀粒子到底是神馬玩意，現在都難說，所以我們不把它們算作是這裡提到的事物。


不同事物的本體並不存在於同一個世界裡，只能被我們觀測到影像，而無法觸及實質，因為它們的本體之間有運動速度差異，儘管我們說運動速度也只是一種影像屬性
物理學可以視為就是研究各種影像屬性之間相互關聯的科學


於是，問題就來了：
當你和你的光速飛船從光速運動狀態回歸到與我相對靜止，我們之間互相觀察的結論就會出現真實的邏輯矛盾：
我認為你的飛船上的物理進程曾經停止過一段時間（這時間是用我的表測的），而你也認為我和地球上的物理進程也停止過一段時間，這段時間是用你的表測的


到底咱們倆誰真的時間停止過？！！！！現在咱們坐在一起，要好好白扯掰扯這事了！！

我們都來回憶一下自己看到對方的運動過程：


顯然，我看到你有一個加速過程，你不可能從靜止在地球上一瞬間就變成光速，所以我看到你先加速，然後到達光速，然後你又減速，掉頭飛行，回到地球之前還要減速一下，然後和地球相對靜止


你看我的情況是：我和地球相對於你加速後退，最後達到光速後退，然後我和地球又減速，掉頭朝你和飛船追過來，最後追上你和飛船之前，我和地球還得減速一下，和你飛船相對靜止


你會發現，這倆過程完全對稱的啊！！！




好吧，看來定性地回顧時說明不了問題的，你和我觀察到的對方的情況總是對稱的
那麼結論還是我認為你鍾慢，你認為我鍾慢


得找個不對稱的屬性來決定真相




相對論中，如果我相對你的運動速度是多大，你相對我也是多大，所以速度這個屬性還是對稱的


但加速度不對稱！
我看你在勻加速（你的加速度不變），你看我一定是在變加速（加速度在改變）！！！


這就是關鍵所在！


所以，我們回顧了一下觀察記錄，我觀測到過你和飛船用了1小時加速到光速，你卻發現我和地球用了半小時加速到光速
按說如果不考慮相對論的話，我從靜止達到光速和你從靜止達到光速用的時間應該是一樣的
但顯然按牛頓時空觀同樣耗時的加速過程，在我看來用時很長，在你看來用時很短
所以，你的鐘表真的比我的慢，我的鐘表走2秒你的才走1秒，你那是太極拳鐘錶。


由此可以得出類似結論，其他的運動過程，無論是勻速的、加速的還是減速的，相同過程你都感覺用時少，都是因為你的鐘表是太極拳鐘錶。
因此，最後結果是，當你回到地球，你會比我衰老得少。
如果咱們倆是孿生兄弟同時出生，那麼你兜風一圈之後回來會發現我比你老很多