换个方式理解狭义相对论

多少次科普狭义相对论，没学过的听者的最后结果大多还是不明白，希望这次不一样。

首先，想象这个世界，速度是否可以无限大？我们知道，无限大在数学上都是一个BUG级存在，在客观世界里，应该是不可能，现代物理给我们归纳了，世界上存在四大作用力，只有电磁力和万有引力是长程力，

我们现实生活中接触到的力绝大部分都是电磁力， 电磁力的传播依靠电磁场，电磁场，电磁波，光子，差不多就是同一种东西，电子在原子轨道上跃迁就能发出光子，电子还是那个电子，损失的只是一点能量，所以光子就是一份能量，容易想象，光子在真空中的速度或许就是宇宙中最快的速度。我们眼里的世界要成为世界，依靠电磁力，任何实体的速度就不可能超过传递电磁力的速度即光子的速度。

光在真空中的速度大约30万公里每秒，这个速度就是我们实体的天花板，永远可望不可及。

然后，我们又知道，速度是相对的，还可以叠加，比如你的步行速度是5米每秒，那么你在高速火车上步行，在地面上的人看来，步行人的速度是火车速度和人步行速度的叠加，假如同向，火车速度100米每秒，容易知道，在地面上的观察者看来，你的速度是105米每秒。

然后问题来了，如果在火车上的人向车头方向发出一束光，他测量该束光的速度是30万公里每秒，那么在地面的人看来，这束光的速度是否还是像前面那样叠加？变成（30万公里+100米）每秒？

如果是， 那么前面说的“光在真空中的速度大约30万公里每秒，这个速度就是我们实体的天花板，永远可望不可及”又是什么，这么快就自己打自己的脸？

所以，在地面上的人看来，该束光的速度必须也是30万公里每秒，好了，这就是光速不变假设，也就是光速与参照系无关，在地面参照系和火车参照系上看来，光速是一样的。

容易想到，速度直接叠加的公式肯定有问题，也就是前面的105米每秒，只能是近似成立。

我们只需要这样考虑，假如火车速度是0.5c，火车上发出一束光，其速度是1c，在地面观察者看来，这个0.5c和1c的速度叠加，按公式计算，结果必须还是1c

再多设想几个场景，火车上发射一个0.5c的子弹，在火车上测量子弹的速度是0.5c，那么在地面上测量，该子弹的速度是多少？可不要再说是0.5c+0.5c=1c，子弹有静止质量，是达不到光速的，只有光子这种静止质量为0的粒子才能达到光速。容易想象，这个速度叠加公式是一个非线性函数，0.5c叠加0.5c的结果会是一个接近光速的数值。（0.8c）

粗略概括，这个速度叠加，大概就是，在低速端，近似等于二者直接相加，但肯定是小于二者相加，也就是前面例子的105是不对的，实际结果是104.9999之类

在高速端，二者速度无论怎么叠加都只会更靠近光速。比如0.9c叠加0.9c结果是0.99c之类

（严谨起见，实际计算了一下这两个例子的结果，分别是104.9999999999994，0.9945c）

光速恒定，那么时间就是相对的。

这一步的推导相对简单，只要用爱因斯坦的那个光子钟概念，网络上很容易搜索到相关资料。

其实这个也很容易理解，人类对时间的感知来自于周期运动，所有周期运动最后归根结底都会来自光子这个媒介的运动速度，所以，光子钟就是最准确的时间概念来源。

相对论最搞乱普通人思维的地方在于，我相对你运动，你觉得我的时钟慢了，我觉得你的时钟慢了，其实，站在上帝视角，答案始终只有一个，并且可能和你我的答案都不同。

简而言之，你觉得我的时钟慢了，前提条件是以你为参照系，即假设你是静止的。

我觉得你的时钟慢了，前提条件是以我为参照系，即假设我是静止的。

真实的场景，大概率，你我都不是静止的

飞机携带原子钟的测试结果，无论向东还是向西飞，飞回原地的对钟结果，都不是简单的以地球为静止就能得到答案。

爱因斯坦