相对论是什么意思,相对论在生活中的例子

其实里面的 就是我们常说的角动量， 是新的量，表达成相对论统一的，能表达这么优雅的矩阵表达式是我 2019 年才想起来的，关于这一点我非常骄傲。能写出这样张量表达式的时候，洛伦兹变换就是二重洛伦兹变换，我们这个角动量就好解决了。如果大家不熟悉的话，关于电磁场的洛伦兹变换是有的，电磁场张量

就是满足二重的洛伦兹变换的问题

欧洲这帮物理学家可以说是非常的“丧心病狂”，1905 年的狭义相对论出来，到 1907 年的时候基本上就没事了。所以就有问题了，什么问题呢？我们要深入考虑，考虑它的应用问题等等。比如说关于狭义相对论我们一定要特别特别关注这样一个最需要讨论的对象，就是光速，光速是什么。光速在 这个写法里就是把时间的量纲变成长度的量纲，光速是时空的连接。光速在能量和质量相关系的时候，把它写成 这样的时候，光速的平方是比例因子，始终是一个常数，虽然叫速度，但是是没有参照系的一个常数。

所以对光速的理解，光速真的不算速度，或者说就是速度它也不是你说的别的速度，这句话我仿照的是世界的数学物理中心德国北部哥廷根这个小镇子的一句话，这个酒馆墙上刻着“哥廷根以外没有生活”，就算有生活也不是我们这儿的生活，所以光速不是速度，如果你要坚持认为它是速度，那也不是别的那样的速度。

所以说光速作为一个基本物理常数，在这之前还有哪个基本物理常数被发现呢?1900年引入的普朗克常数 。所以为什么普朗克对爱因斯坦的工作特别敏感，率先响应？因为这个世界上又出现了一个基本物理常数。

普朗克很快就派他的助手去看那个穷困潦倒的爱因斯坦。因为他来自柏林，又是著名大学教授的助手还是比较有钱的，来看爱因斯坦，爱因斯坦就递给他一支特别劣质的香烟，他实在抽不下去，趁着爱因斯坦不注意把烟扔水里了。但是普朗克和这位助手，都成为了发展相对论的人，普朗克某种意义上是爱因斯坦的保护人，他们俩之间算友谊也好，非常有趣，1929年设立了普朗克奖，首届获奖人竟然是普朗克本人和爱因斯坦。

相对论和我们的生活有什么关系呢？这很重要。相对论一个很重要的意义是打破了同时性具有绝对性的概念，就是两个时间点到底同时不同时不具有绝对性的意义，但是我们很多日常生活又确实需要对时间有某种意义上的绝对性意义。从前我们戴手表的时候大家定时都要把手表上的钮拧一拧，我们现在手机拿出来显示的是同样的时间，为什么这样？因为中国科学院国家授时中心管你这个事情。

光速是一个常数还是整数，也就是说它是个约定的东西，距离、间距等于光速乘常数，雷达、北斗导航卫星值钱的地方实际上是什么？是钟表。我们是通过测量时间间隔来决定两点之间距离的，因为光速这个值很大， 大家可以想象一下，如果距离相差一公里的话，时间相差才是三十万分之一秒。比如原子喷泉钟，据说我们当前的精度可以达到十的负十六次方，这是高精度的表。

当然反过来说，这样一个公式，也就说明光速太大，要想出现有明显可感觉的时间差的时候，这个空间尺度要非常大。比如说宇宙尺度上，我们的探月过程，我们的地球到月亮的距离差不多是 1 光秒多一点，信号来回一趟的时间就是 2 秒多，再加上一点反应时间，差不多是 4 秒，所以就有著名的探月过程，陆月器最后有黑暗 4 秒的说法，也就是最后那 4 秒它的行为只能靠它自己。在地球到月亮的宇宙尺度上才会出现差不多 3 秒左右的黑暗时间的问题，这样反过来也说，就是在我们人的日常生活中，有两三秒的时间差异或者时间延迟的话，我觉得这是可以谅解的，可以容忍的，这也可以作为我们对一个人是否拖沓，是否拖延的判据。拖沓、拖延 3 秒以内的我觉得是可以容忍的，像今天这个天，如果你女朋友让你到外面取外卖，你磨蹭不超过 3 秒不跟你翻脸的话，建议这样的好女孩你要珍惜，继续交往。

关系 和比例系数让我们知道——质量减少一点点，得到的能量是非常大的，这是我们利用核能源的关键理论基础，不给大家细讲了。

#狭义相对论的局限

接下来到前几年还出现了非常狭义相对论之说 （very special relativity），其实说的就是过去的麦克斯韦方程组或者洛伦兹变换这个群太大了，而实际很多物理过程用不到那么大的群，小一点的群，像 群， 群也就够用了。狭义相对论还有一个叫法，意思是加了限制的相对论。这样一个小群只能把相对论限制得更死了，就是这么一个意思，这是 2004 年的工作。

接下来我们看狭义相对论的局限。它是关于电磁学的对称性，不适用于引力的问题。因为我们谈论引力理论的时候，两个物体互相吸引的力我们认为是瞬间就到达的，没考虑引力传播还需要点时间。当然有人说了，我们在考虑电磁学的时候，库仑定理也没考虑两个电荷之间的作用传播需要时间。

后来是怎么弄的？电磁学是这么弄的，就是把距离再减去一个 ，考虑到了时间延迟，这就是著名的延迟势的概念。这样处理引力行不行？不行，因为这个地方吸引的是电荷，电荷另外一边才是质量。如果你用来处理引力就不行了，这上面本身是质量，前面还是质量，这变成了纠缠不清的一个非线性问题，最后结果不对。

所以说这一套把洛伦兹变换用到了引力理论的方法走不通。

因此到了1907年的时候，当爱因斯坦被邀请去对狭义相对论做个总结的时候，爱因斯坦认识到了这样一个问题，他说我来推广相对论吧。当他把相对论推广了的时候，才有了所谓的狭义相对论。因为你不推广它，没有更加广泛的相对论也显不出原来是狭义的。狭义相对论是 1905 年做出来的，但是 1907 年才有人想到推广他，后来才被命名为狭义相对论。

爱因斯坦开始推广相对论，就是因为他要为整个物理学构造出一揽子关于时间和空间的方案，不能光适用于电磁学，也要适用于引力。可是怎么考虑呢？这时候你就要对相对论本身的内容有所理解，相对论的内容是什么？洛伦兹变换以及时空距离。最重要的是这个时空距离要表达成一般的几何问题，这个工作是谁做的？据说是爱因斯坦那个不太能瞧得上他的老师闵可夫斯基（Minkowski）做的。

他来自这个世界上最神奇的地方，就是普鲁士的，也就是现在俄罗斯的加里宁格勒，提出哥德巴赫猜想的哥德巴赫，还有康德这些人都来自这个小镇子。在这之前他就有一本著名的书，有多少数学老师？哪个学校的教过孩子们“数”的几何？有哪个学校教过 1，2，3，4，5，6 这些数是有几何的？这就是人家闵可夫斯基高的地方，把时间和空间缝在一起，这就是闵可夫斯基几何问题。

如果你要想从几何的角度推广这些理论的话，就必须有普适性、一般性。四维空间几何的理论，要乘上一个一般的对称矩阵，叫度规的一个东西，就是如何规定空间里面两点距离的一个东西，这是所有广义相对论的关键。

请大家记住，物理学是几何学，懂得这个道理的人，他就知道，量子力学表现的是几何学，因为量子这个词就出现在 1854 年黎曼的那篇著名的几何学论文的第一句的最后一个词，而那里面第一句所表现的思想就是空间的量子化，几何量子化。而到了1924年，玻色就是用相空间的几何量子化，得出来新的黑体辐射公式的推导。而爱因斯坦是熟悉这一套理论的，接下来就有了玻色-爱因斯坦凝聚，这些在我们学起来都是非常艰难的，好像是不相关的学问，他们其实是一体的。