『壹』 相對論的時間變慢問題的詳細解釋
根據狹義相對性原理，慣性系是完全等價的，因此，在同一個慣性系中，存在統一的時間，稱為同時性，而相對論證明，在不同的慣性系中，卻沒有統一的同時性，也就是兩個事件(時空點)在一個慣性系內同時，在另一個慣性系內就可能不同時，這就是同時的相對性，在慣性系中，同一物理過程的時間進程是完全相同的，如果用同一物理過程來度量時間，就可在整個慣性系中得到統一的時間。在今後的廣義相對論中可以知道，非慣性系中，時空是不均勻的，也就是說，在同一非慣性系中，沒有統一的時間，因此不能建立統一的同時性。 相對論導出了不同慣性系之間時間進度的關系，發現運動的慣性系時間進度慢，這就是所謂的鍾慢效應。可以通俗的理解為，運動的鍾比靜止的鍾走得慢，而且，運動速度越快，鍾走的越慢，接近光速時，鍾就幾乎停止了。 尺子的長度就是在一慣性系中"同時"得到的兩個端點的坐標值的差。由於"同時"的相對性，不同慣性系中測量的長度也不同。相對論證明，在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應，當速度接近光速時，尺子縮成一個點。 由以上陳述可知，鍾慢和尺縮的原理就是時間進度有相對性。也就是說，時間進度與參考系有關。這就從根本上否定了牛頓的絕對時空觀，相對論認為，絕對時間是不存在的，然而時間仍是個客觀量。比如在下期將討論的雙生子理想實驗中，哥哥乘飛船回來後是15歲，弟弟可能已經是45歲了，說明時間是相對的，但哥哥的確是活了15年，弟弟也的確認為自己活了45年，這是與參考系無關的，時間又是"絕對的"。這說明，不論物體運動狀態如何，它本身所經歷的時間是一個客觀量，是絕對的，這稱為固有時。也就是說，無論你以什麼形式運動，你都認為你喝咖啡的速度很正常，你的生活規律都沒有被打亂，但別人可能看到你喝咖啡用了100年，而從放下杯子到壽終正寢只用了一秒鍾。
『貳』 相對論中的時間變慢如何理解
愛因斯坦第一假設
全部狹義相對論主要基於愛因斯坦對宇宙本性的兩個假設。
第一個可以這樣陳述：
所有慣性參照系中的物理規律是相同的
此處唯一稍有些難懂的地方是所謂的「慣性參照系」。舉幾個例子就可以解釋清楚：
假設你正在一架飛機上，飛機水平地以每小時幾百英里的恆定速度飛行，沒有任何顛簸。一個人從機艙那邊走過來，說：「把你的那袋花生扔過來好嗎？」你抓起花生袋，但突然停了下來，想道：「我正坐在一架以每小時幾百英里速度飛行的飛機上，我該用多大的勁扔這袋花生，才能使它到達那個人手上呢？」
不，你根本不用考慮這個問題，你只需要用與你在機場時相同的動作（和力氣）投擲就行。花生的運動同飛機停在地面時一樣。
你看，如果飛機以恆定的速度沿直線飛行，控制物體運動的自然法則與飛機靜止時是一樣的。我們稱飛機內部為一個慣性參照系。（「慣性」一詞原指牛頓第一運動定律。慣性是每個物體所固有的當沒有外力作用時保持靜止或勻速直線運動的屬性。慣性參照系是一系列此規律成立的參照系。
另一個例子。讓我們考查大地本身。地球的周長約40，000公里。由於地球每24小時自轉一周，地球赤道上的一點實際上正以每小時1600公里的速度向東移動。然而我敢打賭說Steve Young在向Jerry Rice（二人都是橄欖球運動員。譯者注）觸地傳球的時候，從未對此擔心過。這是因為大地在作近似的勻速直線運動，地球表面幾乎就是一個慣性參照系。因此它的運動對其他物體的影響很小，所有物體的運動都表現得如同地球處於靜止狀態一樣。
實際上，除非我們意識到地球在轉，否則有些現象會是十分費解的。（即，地球不是在沿直線運動，而是繞地軸作一個大的圓周運動）
例如：天氣（變化）的許多方面都顯得完全違反物理規律，除非我們對此（地球在轉）加以考慮。另一個例子。遠程炮彈並非象他們在慣性系中那樣沿直線運動，而是略向右（在北半球）或向左（在南半球）偏。（室外運動的高爾夫球手們，這可不能用於解釋你們的擦邊球）對於大多數研究目的而言，我們可以將地球視為慣性參照系。但偶爾，它的非慣性表徵將非常嚴重（我想把話說得嚴密一些）。
這里有一個最低限度：愛因斯坦的第一假設使此類系中所有的物理規律都保持不變。運動的飛機和地球表面的例子只是用以向你解釋這是一個平日里人們想都不用想就能作出的合理假設。誰說愛因斯坦是天才？
愛因斯坦第二假設
19世紀中頁人們對電和磁的理解有了一個革命性的飛躍，其中以詹姆斯.麥克斯韋（James Maxwell）的成就為代表。電和磁兩種現象曾被認為毫不相關，直到奧斯特（Oersted）和安培（Ampere）證明電能產生磁；法拉弟（Faraday）和亨利（Henry）證明磁能產生電。現在我們知道電和磁的關系是如此緊密，以致於當物理學家對自然力進行列表時，常常將電和磁視為一件事。
麥克斯韋的成就在於將當時所有已知的電磁知識集中於四個方程中：
（如果你沒有上過理解這些方程所必需的三到四個學期的微積分課程，那麼就坐下來看它們幾分鍾，欣賞一下其中的美吧）
麥克斯韋方程對於我們的重要意義在於，它除了將所有人們已知的電磁知識加以描述以外，還揭示了一些人們不知道的事情。例如：構成這些方程的電磁場可以以振動波的形式在空間傳播。當麥克斯韋計算了這些波的速度後，他發現它們都等於光速。這並非巧合，麥克斯韋（方程）揭示出光是一種電磁波。
我們應記住的一個重要的事情是：光速直接從描述所有電磁場的麥克斯韋方程推導而來。
現在我們回到愛因斯坦。
愛因斯坦的第一個假設是所有慣性參照系中的物理規律相同。他的第二假設是簡單地將此原則推廣到電和磁的規律中。這就是，如果麥克斯韋假設是自然界的一種規律，那麼它（和它的推論）都必須在所有慣性系中成立。這些推論中的一個就是愛因斯坦的第二假設：光在所有慣性系中速度相同
愛因斯坦的第一假設看上去非常合理，他的第二假設延續了第一假設的合理性。但為什麼它看上去並不合理呢？
火車上的試驗
為了說明愛因斯坦第二假的合理性，讓我們來看一下下面這副火車上的圖畫。 火車以每秒100，000，000米/秒的速度運行，Dave站在車上，Nolan站在鐵路旁的地面上。Dave用手中的電筒「發射」光子。
光子相對於Dave以每秒300,000,000米/秒的速度運行，Dave以100,000,000米/秒的速度相對於Nolan運動。因此我們得出光子相對於Nolan的速度為400,000,000米/秒。
問題出現了：這與愛因斯坦的第二假設不符！愛因斯坦說光相對於Nolan參照系的速度必需和Dave參照系中的光速完全相同，即300，000，000米/秒。那麼我們的「常識感覺」和愛因斯坦的假設那一個錯了呢？
好，許多科學家的試驗（結果）支持了愛因斯坦的假設，因此我們也假定愛因斯坦是對的，並幫大家找出常識相對論的錯誤之處。
記得嗎？將速度相加的決定來得十分簡單。一秒鍾後，光子已移動到Dave前300，000，000米處，而Dave已經移動到Nolan前100，000，000米處。其間的距離不是400，000，000米只有兩種可能：
1、 相對於Dave的300，000，000米距離對於Nolan來說並非也是300，000，000米
2、 對Dave而言的一秒鍾和對Nolan而言的一秒鍾不同
盡管聽起來很奇怪，但兩者實際上都是正確的。
愛因斯坦第二假設
時間和空間
我們得出一個自相矛盾的結論。我們用來將速度從一個參照系轉換到另一個參照系的「常識相對論」和愛因斯坦的「光在所有慣性系中速度相同」的假設相抵觸。只有在兩種情況下愛因斯坦的假設才是正確的：要麼距離相對於兩個慣性系不同，要麼時間相對於兩個慣性系不同。
實際上，兩者都對。第一種效果被稱作「長度收縮」，第二種效果被稱作「時間膨脹」。
長度收縮：
長度收縮有時被稱作洛倫茨（Lorentz）或洛倫茨－弗里茨格拉德（FritzGerald）收縮。在愛因斯坦之前,洛倫茨和弗里茨格拉德就求出了用來描述（長度）收縮的數學公式。但愛因斯坦意識到了它的重大意義並將其植入完整的相對論中。這個原理是： 參照系中運動物體的長度比其靜止時的長度要短下面用圖形說明以便於理解：
上部圖形是尺子在參照系中處於靜止狀態。一個靜止物體在其參照系中的長度被稱作他的「正確長度」。一個碼尺的正確長度是一碼。下部圖中尺子在運動。用更長、更准確的話來講：我們相對於某參照系，發現它（尺子）在運動。長度收縮原理指出在此參照系中運動的尺子要短一些。
這種收縮並非幻覺。當尺子從我們身邊經過時，任何精確的試驗都表明其長度比靜止時要短。尺子並非看上去短了，它的確短了！然而，它只在其運動方向上收縮。下部圖中尺子是水平運動的，因此它的水平方向變短。你可能已經注意到，兩圖中垂直方向的長度是一樣的。
時間膨脹：
所謂的時間膨脹效應與長度收縮很相似，它是這樣進行的：
某一參照系中的兩個事件，它們發生在不同地點時的時間間隔
總比同樣兩個事件發生在相同地點的時間間隔長。
這更加難懂，我們仍然用圖例加以說明：
圖中兩個鬧鍾都可以用於測量第一個鬧鍾從A點運動到B點所花費的時間。然而兩個鬧鍾給出的結果並不相同。我們可以這樣思考：我們所提到的兩個事件分別是「鬧鍾離開A點」和「鬧鍾到達B點」。在我們的參照系中，這兩個事件在不同的地點發生（A和B）。然而，讓我們以上半圖中鬧鍾自身的參照系觀察這件事情。從這個角度看，上半圖中的鬧鍾是靜止的（所有的物體相對於其自身都是靜止的），而刻有A和B點的線條從右向左移動。因此「離開A點」和「到達B點」著兩件事情都發生在同一地點！（上半圖中鬧鍾所測量的時間稱為「正確時間」）按照前面提到的觀點，下半圖中鬧鍾所記錄的時間將比上半圖中鬧鍾從A到B所記錄的時間更長。
此原理的一個較為簡單但不太精確的陳述是：運動的鍾比靜止的鍾走得更慢。最著名的關於時間膨脹的假說通常被成為雙生子佯謬。假設有一對雙胞胎哈瑞和瑪麗，瑪麗登上一艘快速飛離地球的飛船（為了使效果明顯，飛船必須以接近光速運動），並且很快就返回來。我們可以將兩個人的身體視為一架用年齡計算時間流逝的鍾。因為瑪麗運動得很快，因此她的「鍾」比哈瑞的「鍾」走得慢。結果是，當瑪麗返回地球的時候，她將比哈瑞更年輕。年輕多少要看她以多快的速度走了多遠。
時間膨脹並非是個瘋狂的想法，它已經為實驗所證實。最好的例子涉及到一種稱為介子的亞原子粒子。一個介子衰變需要多少時間已經被非常精確地測量過。無論怎樣，已經觀測到一個以接近光速運動的介子比一個靜止或緩慢運動的介子的壽命要長。這就是相對論效應。從運動的介子自身來看，它並沒有存在更長的時間。這是因為從它自身的角度看它是靜止的；只有從相對於實驗室的角度看該介子，我們才會發現其壽命被「延長」或「縮短」了。?
應該加上一句：已經有很多很多的實驗證實了相對論的這個推論。（相對論的）其他推論我們以後才能加以證實。我的觀點是，盡管我們把相對論稱作一種「理論」，但不要誤認為相對論有待於證實，它（實際上）是非常完備的。
伽瑪參數（γ）
現在你可能會奇怪：為什麼你在日常生活中從未注意到過長度收縮和時間膨脹效應？例如根據剛才我所說的，如果你驅車從俄荷馬城到勘薩斯城再返回，那麼當你到家的時候，你應該重新對表。因為當你駕車的時候，你的表應該比在你家裡處於靜止狀態的表走得慢。如果到家的時候你的表現時是3點正，那麼你家裡的表都應該顯示一個晚一點的時間。為什麼你從未發現過這種情況呢？
答案是：這種效應顯著與否依賴於你運動速度的快慢。而你運動得非常慢（你可能認為你的車開得很快，但這對於相對論來說，是極慢的）。長度收縮和時間膨脹的效果只有當你以接近光速運動的時候才能注意到。而光速約合186，300英里/秒（或3億米/秒）。在數學上，相對論效應通常用一個系數加以描述，物理學家通常用希臘字母γ加以表示。這個系數依賴於物體運動的速度。例如，如果一根米尺（正確長度為1米）快速地從我們面前飛過，則它相對於我們的參照系的長度是1/γ米。如果一個鍾從A點運動到B點要3秒鍾，那麼相對於我們的參照系，這個過程持續3/γ秒。
為了理解現實中為什麼我們沒有注意到相對論效應，讓我們看一下（關於）γ的公式： 這里的關鍵是分母中的v2/c2。v是我們所討論的物體的運動速度，c是光速。因為任何正常尺寸物體的速度遠小於光速，所以v/c非常小；當我們將其平方後（所得的結果）就更小了。因此對於所有實際生活中通常尺寸的物體而言，γ的值就是1。所以對於普通的速度，我們通過乘除運算後得到的長度和時間沒有變化。為了說明此事，下面有一個對應於不同速度的γ值表。（其中）最後一列是米尺在此速度運動時的長度（即1/γ米）。
第一列中c仍舊表示光速。.9c等於光速的十分之九。為了便於參照舉個例子：「土星五號」火箭的飛行速度大約是25，000英里/小時。你看，對於任何合理的速度，γ幾乎就是1。因此長度和時間幾乎沒有變化。在生活中，相對論效應只是發生在科幻小說（其中的飛船遠比「土星五號」快得多）和微觀物理學中（電子和質子常被加速到非常接近光速的速度）。在從芝加哥飛往丹佛的路上，這種效應是不會顯現出來的。
宇宙執法者的歷險
宇宙執法者AD在A行星上被邪惡的EN博士所擒。EN博士給AD喝了一杯13小時後發作的毒酒，並告訴AD解葯在距此40，000，000，000公里遠的B行星上。AD得知此情況後立即乘上其0.95倍光速的星際飛船飛往B星，那麼：
AD能即使到達B星並取得解葯嗎？
我們做如下的計算：
A、B兩行星之間的距離為40，000，000，000公里。飛船的速度是1，025，000，000公里/小時。把這兩個數相除，我們得到從A行星到B行星需要39小時。
那麼AD必死無疑。
等一下！這只對於站在A行星上的人而言。由於毒葯在AD的體內是要經過新陳代謝（才能發作）的，我們必須從AD的參照系出發研究這一問題。我們可以用兩種方法做這件事情，它們將得到相同的結論。
1. 設想一個大尺子從A行星一致延伸到B行星。這個尺子有40，000，000，000公里長。然而，從AD的角度而言，這個尺子以接近光速飛過他身邊。我們已經知道這樣的物體會發生長度收縮現象。在AD的參照系中，從A行星到B行星的距離以參數γ在收縮。在95％的光速下，γ的值大約等於3.2。因此AD認為這段路程只有12，500，000，000公里遠（400億除以3.2）。我們用此距離除以AD的速度，得到12.2小時，AD將提前將近1小時到達B行星！
2. A行星上的觀察者會發現AD到達B需要花費大約39小時時間。然而，這是一個膨脹後的時間。我們知道AD的「鍾」以參數γ（3.2）變慢。為了計算AD參照系中的時間，我們再用39小時除以3.2，得到12.2小時。（也）給AD剩下了大約1小時（這很好，因為這給了AD20分鍾時間離開飛船，另外20分鍾去尋找解葯）。
AD將生還並繼續與邪惡戰斗。
如果對上文中我的描述加以仔細研究，你會發現許多似是而非，非常微妙的東西。當你深入地思考它的時候，一般你最終將提出這樣一個問題：「等一下，在AD的參照系中，EN的鍾表走得更慢了，因此在AD的參照系中，宇宙旅行應花費更長的時間，而不是更短...
如果你對這個問題感興趣或者覺得困惑，你可能應該看一下後文《宇宙執法者的歷險——微妙的時間》。或者你可以相信我所說的話「如果你把所有的因果都弄清楚，那麼所有（這些）都是正確的」並跳到《質量和能量》一章。
宇宙執法者的歷險——微妙的時間
好，這就是我們剛剛看到的。我們已經發現在AD相對於EN參照系旅行中的時間膨脹。在EN參照系中，AD是運動的，因此AD的鍾走得慢。結果是在此次飛行中EN的鍾走了39小時，而AD的鍾走了12小時。這常常使人們產生這樣的問題：
相對於AD的系，EN是運動的，因此EN的鍾應該走得慢。因此當AD到達B行星的時候，他的鍾走的時間比EN的長。誰對？長還是短？
好問題。當你問這個問題的時候，我知道你已經開始進入情況了。在開始解釋之前，我必須聲明在前文所敘述的事情都是對的。在我所描述的情況下，AD可以及時拿到解葯。現在讓我們來解釋這個徉謬。這與我尚未提及的「同時性」有關。相對論的一個推論是：同一參照系中的兩個同時（但不同地點）發生的事件相對於另一個參照系不同時發生。
讓我們來研究一些同時發生的事件。
首先，讓我們假設EN和AD在AD離開A行星時同時按下秒錶。按照EN的表，這趟B行星之旅將花費39小時。換言之，EN的表在AD到達B行星時讀數為39小時。因為時間膨脹，AD的表與此同時讀數為12.2小時。即，以下三件事情是同時發生的：
1、 EN的表讀數為39
2、 AD到達B行星
3、 AD的表讀數為12.2
這些事件在EN的參照系中是同時發生的。
現在在AD的參照系中，上述三個事件不可能同時發生。更進一步，因為我們知道EN的表一定以參數γ減慢（此處γ大約為3.2），我們可以計算出當AD的表讀數為12.2小時的時候，EN的表的讀數為12.2/3.2＝3.8小時。因此在AD的系中，這些事情是同時發生的：
1、 AD到達B行星
2、 AD的鍾的讀數為1.2
3、 EN的鍾的讀數為3.2
前兩項在兩個系中都是相同的，因為它們在同一地點——B行星發生。兩個同一地點發生的事件要麼同時發生，要麼不同時發生，在這里，參照系不起作用。
從另一個角度看待此問題可能會對你有所幫助。你所感興趣的事件是從AD離開A行星到AD到達B行星。一個重要的提示：AD在兩個事件中都存在。也就是說，在AD的參照系中，這兩個事件在同一地點發生。由此，AD參照系的事件被稱作「正確時間」，所有其他系中的時間都將比此系中的更長（參見時間膨脹原理）。不管怎樣，如果你對AD歷險中的時間膨脹感到迷惑，希望這可以使之澄清一些。如果你原本不糊塗，那麼希望你現在也不。
質量和能量
除了長度收縮和時間膨脹以外，相對論還有許多推論。其中最著名、最重要的是關於能量的。
能量有許多狀態。任何運動的物體都因其自身的運動而具有物理學家所謂的「動能」。動能的大小和物體的運動速度及質量有關。（「質量」非常類似於「重量」，但並不完全相同）放在架子上的物體具有「引力勢能」。因為如果架子被移掉，它就（由於引力）具有獲得動能的可能。
熱也是一種形式的能，其最終可以歸結於組成物質的原子和分子的動能，此外還有許多其他形式的能。
把上述現象都和能量聯系起來的原因，即它們之間的聯系，是能量守恆定律。這個定律是說，如果我們把宇宙中全部的能量都加起來（我們可以用象焦耳或千瓦時這樣的單位定量地描述能量），其總量永不改變。此即，能量從不會產生或消滅，盡管它們可以從一種形態轉化為另一種形態。例如，汽車是一種可以將（在引擎的汽缸中的）熱能轉化為（汽車運動的）動能的設備；燈泡（可以）將電能轉化為光能（這又是兩種能的形式）。
愛因斯坦在他的相對論中發現了能量的另一種形式，有時被稱作「靜能量」。我已經指出一個運動物體由於其運動而具有了能量。但愛因斯坦發現，同樣一個物體在其靜止不動的時候同樣具有能量。物體內靜能量的數量依賴於其質量，並以公式E＝mc2給出。
由於光速是如此之大的一個數，一個典型物體的靜能量與其所具有的其他類型的能量根本不可相提並論。但這並不重要，因為日常生活中物體的靜能量就是保持「安靜」的狀態，並且不會被轉化成我們可以注意到的其他形式的能，如熱能或動能。在核電站、原子武器和太陽中有相對很少一部分靜質量被轉化為其他形式的能，但對於大多數情況而言，靜能量通常不會被注意到。
一個物體的動能和靜能量的總和也可以用數學公式非常容易地表述如下：
E＝mc2γ
注意，在日常的速度中，γ大約等於1。因此靜、動能量之和近似等於單一的靜能量。換句話說，在日常速度中，靜能比動能大得多。然而，當速度非常接近光速時，γ可以比1大很多（靜能量只與物體的質量有關，而與其運動與否無關）。這對於在芝加哥附近的費米實驗室和瑞士邊界的CERN實驗室中（使用）粒子加速器的物理學家來說非常重要。
光速極限
在讀AD歷險記中，你可能注意到AD的速度幾乎是，但並不等於光速。這似乎有很充分的理由：遠低於光速的速度相對論效應不顯著。然而實際情況是超光速在物理學中是不可能的。
我會告訴你這是為什麼。假想AD奮力想將他的飛船加速到光速。好，我們已經知道物質的能量與γ參數成比例，這在相對論計算中太普遍了。但你現在也會知道當物體的運動速度等於光速時，γ參數將變為無窮大。因此，為了讓AD的飛船加速到光速，他將需要無窮大的能量。這顯然是不可能的。因此盡管對於一個物體可以以多麼接近光速的速度運動並無限制，但任何有質量的物體都不可能達到光速。實際上，沒有質量的物質必須以光速運動，在此我不想討論其原因。唯一的一種沒有質量的物質是光（被稱作「光子」），或許還有中微子（不久前已經證實，中微子有質量。譯者）
還有其他物體不能朝光速運動的原因。其中之一與「因果性」有關。假設我投出一個壘球並打碎了一扇窗戶，那麼「我投出球」就是「窗戶被擊碎」的原因。如果超光速是可能的，那麼一定會有某種參照系，其中「窗戶被擊碎」先於「我投出球」發生。這導致各種邏輯沖突（特別是當窗戶已經碎了之後又有人截獲了飛行中的球，阻止了窗戶被擊碎！）因此我們將物體能超光速運行這種可能性排除了。更進一步，因果性排除的不僅是朝光速運動，更排除了任何超光速通訊。
光速，就我們所知而言，是一道不可逾越的障礙。
如果你和我一樣是個科幻迷，這將是一個壞消息。幾乎可以肯定，在除地球之外的太陽系中不存在有智慧的生命。然而恆星間的距離太遠了！我們即使以光速運行，到達最近的恆星也要花上4年時間。所以沒有比光快的交通手段，將很可能無法在銀河系中游盪並與異型文明相遇，為爭奪銀河系的帝位而站，等等。
另一方面，由於長度收縮，或許情況並非那樣令人絕望。假設你登上一條飛船，以接近光速飛往10光年以外的一顆恆星。從地球的參照系看來，這個旅行將持續10年。然而對於這次旅行中的乘客而言，長度縮短了。因此這個旅行只用了不到10年的時間。並且飛船飛行得越接近光速，（相對於地球和恆星的）長度收縮得也越多（你也可以從時間膨脹的角度考慮這個問題）。
為了說明這點，這里有一個表，標明以不同的速度到達不同目的地所需要的時間。讓我解釋一下它們的含義：
首先，為了能產生顯著的長度縮短，我們必須非常接近光速。因此我假設在旅行中飛船可以產生一個穩定的加速度。這也就是說，飛船內的人將感受到一個連續的加速度。例如，前半程以1g（g為地球的重力加速度。譯者）加速，後半程以1g減速。
第二列以光年為單位給出了地球距離我們目的地的距離（一光年是光在一年內傳播的距離，大約是6萬億英里）。我加入了三種不同加速度的計算，一種較小，另一種較大；剩下的一種與地球的重力加速度相等。加速度為2g的旅行可能會非常不舒服，因此或許你根本不用再考慮所有比這更大的速度。
第四列列出了最大速度（在中點處，當飛船正要轉入減速運動時）與光速的比值。最後兩列給出了旅行所需要的時間。首先以地球為參照系，然後以飛船為參照系。其中的差別很重要。我的意思是，如果說你乘飛船以2g的加速度飛往獵戶座，在你到達獵戶座之前要在飛船上渡過6.8年的時間。（盡管距離很遠，但「飛船時間」增加得非常慢。這是因為距離越大，在開始減速前你越能接近光速飛行，因此你得到的長度收縮越多！）但當你到達那裡的時候，地球上已經過500多年了。你到達獵戶座後所發出的任何信息都將在500年後到達地球，回信也是如此。因此如果人類有一天能漫步在銀河系之中，不同居住點之間將處於隔絕狀態。地球上的人不可能以任何常規方式同獵戶座附近的人交談。
為建造一艘可以像這樣無限加速的飛船，現在看來有無窮的技術困難。這些困難可能會被證實是不可克服的，那麼我們就只能在幻想的空間遨遊；但如果它們是可以克服的，並且如果我們人類可以活得足夠長以克服它們，那麼我剛才所描述的正是依據狹義相對論的理論上（可行的）遠程宇宙旅行。
當然，許多科幻小說仍然加入了超光速飛行。但它們也常常不得不在其中引入一些奇怪的概念，如：「（時空）扭曲」、「超時空」。最終的情況是：就我們今天所知的時、空而言，超光速飛行是不可能的。但如果你喜歡，你總可以寄希望於某種時空的「窗口」或一個全新的，允許物體超光速運動的物理分枝被發現。
那樣，我們就可以著手建立一個大銀河帝國了！
廣義相對論—— 一個極其不可思議的世界
廣義相對論的基本概念解釋：
在開始閱讀本短文並了解廣義相對論的關鍵特點之前，我們必須假定一件事情：狹義相對論是正確的。這也就是說，廣義相對論是基於狹義相對論的。如果後者被證明是錯誤的，整個理論的大廈都將垮塌。
為了理解廣義相對論，我們必須明確質量在經典力學中是如何定義的。
質量的兩種不同表述：
首先，讓我們思考一下質量在日常生活中代表什麼。「它是重量」？事實上，我們認為質量是某種可稱量的東西，正如我們是這樣度量它的：我們把需要測出其質量的物體放在一架天平上。我們這樣做是利用了質量的什麼性質呢？是地球和被測物體相互吸引的事實。這種質量被稱作「引力質量」。我們稱它為「引力的」是因為它決定了宇宙中所有星星和恆星的運行：地球和太陽間的引力質量驅使地球圍繞後者作近乎圓形的環繞運動。
現在，試著在一個平面上推你的汽車。你不能否認你的汽車強烈地反抗著你要給它的加速度。這是因為你的汽車有一個非常大的質量。移動輕的物體要比移動重的物體輕松。質量也可以用另一種方式定義：「它反抗加速度」。這種質量被稱作「慣性質量」。
因此我們得出這個結論：我們可以用兩種方法度量質量。要麼我們稱它的重量（非常簡單），要麼我們測量它對加速度的抵抗（使用牛頓定律）。
人們做了許多實驗以測量同一物體的慣性質量和引力質量。所有的實驗結果都得出同一結論：慣性質量等於引力質量。
牛頓自己意識到這種質量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認為這一結果是一種簡單的巧合。與此相反，愛因斯坦發現這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。
日常經驗驗證了這一等同性：兩個物體（一輕一重）會以相同的速度「下落」。然而重的物體受到的地球引力比輕的大。那麼為什麼它不會「落」得更快呢？因為它對加速度的抵抗更強。結論是，?/div>
『叄』 如何理解相對論中提出運動的物體越大速度越大，其時間走的越慢這個原理呢
如何理解相對論中提出運動的物體越大速度越大，其時間走的越慢這個原理呢，這個問題就由我來給大家來解決一下。根據愛因斯坦的狹義相對論我們都知道，其實像這樣的一個問題，其實我們也很好的理解，假如說就是因為速度使時間變慢的一個原因，因為時間變慢的是多少，就是取決於一個騎車的速度，假如說他的一個加速度越大的話，那麼我覺得他們到一點到另一點的距離的話，那就會越來越慢，
『肆』 相對論中時間變慢的本質是什麼
相對論中時間變慢的本質如下：
時間和空間是一體的，物體同時在空間和時間中運動,而且「速度」其實是恆定不變的。物體空間變化的「速度」與它的時間增長的「速度」都是同一個「速度」的兩個分量。物體在空間投入多一點，那麼時間就會少一點，反之亦然。所以在參考系中靜止的物體時間流逝最快，而運動越快時間流逝越慢，以近光速運動的情況下時間就近乎靜止了。
相對論是關於時空和引力的基本理論，主要由阿爾伯特·愛因斯坦創立，依據研究的對象不同分為狹義相對論和廣義相對論。相對論的基本假設是相對性原理，即物理定律與參照系的選擇無關。
『伍』 相對論中的引力場，是怎樣導致「時間變慢」的
我們詳細講解了狹義相對論中時間變慢效應，當你看一個高速運動的物體，你會發現它的時間變慢了，而這個變慢效應本身也是相對的，意味著你如果本人在這個物體上，看這個高速運動的物體時間不會有任何變換，因為你參考系換了，物體相對於你速度是0，等效於你在地面上看一個相對於地面靜止的物體一樣，你不會感覺時間會變慢。
『陸』 怎樣簡單理解相對論里的時間和空間相對性呢
上世紀初，德國+瑞士（雙國籍）物理學家阿爾伯特·愛因斯坦提出時間和空間具有相對性的全新時空理論——狹義相對論。
簡化時空圖——理解相對性
這是一個精簡了一個空間維度的時空圖——三維時空圖。因為化成四維太復雜了……這是不是比前面那個圖簡單好多？但還沒完，要簡單理解速度怎麼產生時間、空間相對性我還要拿走一個空間維度，變成一個二維時空……
上圖就是一個終極精簡後的二維時空圖，不能再精簡了……橫坐標是空間，縱坐標是時間，黃色斜杠和綠色斜杠長度相等，分別代表不同速度下的時空間隔。我們前面說過了，時間是相對的，空間也是相對的，但時空是絕對的。因此，這兩個運動物體在三維空間里的不同運動速度，在四維時空里的時空間隔都是一樣一樣的。用人話來說就是在四維時空里所有物體的移動速度都是光速！
這樣，你就發現，雖然黃色和綠色兩個運動物體在時空里的長度是一樣的，但在時間和空間坐標上的分量產生了差異。綠色運動物體相比黃色運動物體在時間上的分量更小（時間上位移更慢），在空間上的分量更大（空間上位移更快）。當綠色物體在時間上的分量降為0，而所有的時間間隔長度變為空間分量，則空間上的位移等於光速。
這就表現為前面所說的時間、空間的相對性：時間膨脹效應和尺縮效應。
聽不懂，講人話
如果上面的話還是聽得雲里霧里，我再用人話說一遍：四維時空里所有物體的運動速度都一樣，但當這些物體在同樣的時空間隔下在空間里移動越快，在時間里移動就越慢，這就是相對論里的速度越快，時間越慢。當在空間里移動速度達到光速，在時間里就不動了，也就是我們常說的：光速下時間靜止了。
『柒』 相對論中的時間變慢如何理解求解
其實這個變慢是相對於我們這些靜止的觀察者來說的。時間是相對的，你要深深思考這個革命性的結論。時間作為一種標尺已經被打破。形象的話不好說的，因為畢竟誰都沒有看到過時間變慢的現象。同理沒有人能夠畫出四維的圖。
舉個類似的例子吧。
相對論另一個結論——運動的物體在運動方向上收縮。我們會想，怎麼會呢！難道原子間的距離縮小了，這怎麼可能，是什麼力導致的?答案是沒有。關鍵問題在於我們對於測量問題的理解。所謂測量，就是獲取世界的信息。相對論一直在強調測量的相對性。沒有一個觀察者所認識的世界比別人優越（即更正確）！沒有什麼縮短，因為物體本來就沒有什麼標準的長度！所謂的縮短只是便於我們的理解與敘述。從這個意義上說，世界根本不存在我們所一直以為的唯一真實性！
『捌』 《三體Ⅲ》中相對論導致的時間變慢怎麼理解
首先，在繞地球飛行的衛星上放置原子鍾來驗證廣義相對論，
這個應該已經是實驗證實了的無誤吧。
然後具體來看三體里提到的相對論導致的時間變慢：
不考慮光速變化等情境設定，書中對於鍾慢效應的闡述感覺應該是可以發生的？
書里的描述大意是說：
程心飛回去找雲天明的時候，飛船以
「減速後的光速」
繞藍星飛了十幾個小時還是十幾天，下來後發現雲天明和艾AA已經度過了幸福的一生，地上已經過了1800萬年。
那麼，如果這1800萬年間星球上都有觀測者的話，在這1800萬年中他們都會觀察到有一艘飛船在繞著星球以光速轉圈嗎？
（總覺得很詭異啊）
『玖』 怎麼用最簡單的生活常識理解相對論的「鍾慢尺縮」
時間不是一種單純的個體，時間的形態在宇宙不斷的扭曲，流動著；這樣來想像時間的話， 我們輕而易舉的就能理解，什麼是愛因斯坦口中的“鍾慢尺縮”。我們都知道，現代科學，可以說是人類數萬年文明史中最不可忽視的發現，沒有之一。
畢竟，在科學橫空出世之前，人類社會的整體生產力已經數千年沒有實質性上的飛躍了，而科學出現之後，可以說，我們用極短的一段時間里，就迅速的改變了自己的生活，並且，讓地球變得與眾不同。
而當它真正達到了光速的時候，時間就會瞬間崩塌，直接靜止了。