据说地球上没几人理解相对论,但它就在你我身边,你发现了吗?

我们过去一直以为时间和空间永远不变,以为它们有无法动摇的绝对性,无论位于宇宙的何处或是在做什么,一秒钟就是一秒钟,一英里就是一英里。在所有人的日常生活中,空间和时间仍是两种实体,你知道自己在哪里,看手表就知道现在几点,它们是完全不同的事,但其实则不然。

爱因斯坦指出空间和时间是同一种东西的两个部分,也就是他称为时空的四维结构。时空听起来很吓人,但这只是指宇宙的说法。如果你想约人喝咖啡,重点是你必须给对方四组数字你要有三个点才能在空间中定位,纬度,经度和高度,但你也得说好几点碰面,不然就没有意义,所以重点是你需要四组数字。我们可以把这四组数字看作时空的四个维度,而时空的四维结构可以改变。

在爱因斯坦之前,我们认为空间是绝对的,不管怎么移动,空间,距离和时间都是一样。在爱因斯坦之后,我们发现速度是宇宙最大关键。不只是任何速度,是光速,秒速18万6千英里,不论如何,光速永远不变,这跟我们在地球的所知和体验完全不同。

如果你开车以时速50英里前进,另一辆车以时速50英里从对面开来,你会看到那辆车以时速100英里经过。同样地,如果你以50英里前进,后面的车以时速60英里开上前,你会看到那辆车以时速10英里经过,为何我们会感觉经过的车,速度跟真正的车度不同?因为他们是跟我们相对移动,这说得通,但光不是这样移动。

以时速50万英里向一道光束移动,你还是会看到那道光以秒速18万6千英里经过你。以光速99%的速度前进,光还是以秒速18万6千英里经过。光似乎不知道你是否在移动,所以无论你往哪个方向移动或速度多快,光速都维持不变。如果光速永远不变,那么时间和空间必须改变,为什么?

速度是距离除以时间所得的测量数据,如果有两个人,一人坐着,另一人在移动,他们测到的光速都一样,这表示有个东西会不一样,那就是时间。若要让这两人都看到光以秒速18万6千英里移动他们感受到的时间必须不同,这就是爱因斯坦的侠义相对论。简单地说,狭义相对论解释了速度如何让时间因观察者的不同而成为相对。光速是恒定的,时间对观察者而言,却是相对的。

相对论不只是纯理论,这其实是我们每天都会接触到的事物,我们在日常生活中都能看见这些效果,那我们是怎么看见的?

相信很多人都使用过GPS。GPS讯号以光速传往太空中的卫星,卫星测量讯号抵达的时间,以此确认距离,通过三个卫星同时进行,就像那些卫星和地表之间有三条线,那些线会合的点可以指出地表上的一处。但这种三角测量的关键是时间,精密测量的时间,卫星比较讯号从地球出发和抵达的时间来计算距离。但因为卫星以时速7千英里绕行地球,卫星的时钟跟地球的时钟测出的秒数不同,所以必须进行校正,校正的方式就是把卫星时钟的时间调错。

卫星在地表还没发射前,就先把时钟调错时间,一旦卫星抵达轨道开始绕行,那些时钟就能以地球上的正确时间计时,如果不修正这个相对效应呢?GPS就完全没用。如果不校正时钟测得的位置,每天会出现7英里误差,这会害很多人迷路。

相对论影响绕行地球的所有事物,甚至是在太空中的航天员,在星际太空站停留的航天员无论时间多长,回到地球时会比地球同样时间更年轻一些,但差异程度非常小。要减缓老化程度,你必须以接近光速的速度前进。若以几乎等于光速的速度前进,假设对你来说,这趟旅程持续了20年,当你回到地球时,时间已经过了几千年。

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