一个小朋友，本月刚从小学跨进初中。他听科学课老师讲，民间神话说的“天上一年，人间十年”，按照相对论科学理论，现实中确有这种情况。小朋友虽然很不理解，但觉得很有趣，遂来问我。于是我很简单地解释了这个问题。

    一百多年前（1905年），堪称最伟大的现代科学家爱因斯坦创立了相对论。这个理论建立在两个基本假设条件上：

    1、光速不变原理。在任何地方（任何惯性参考系）观察，光在真空中的速度都是不变的，光速是一个常数，大约是30万公里/秒，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。比如，你站在一列高速匀速行驶的火车上的中间，打开一个电灯，灯光射向前方与后方，这时，你和站在地面上的人或站在月亮上的人测量朝前和朝后两个方向的光速，结果都是一样的，不会出现光速与车速的叠加效应。

    2、相对性原理。在所有惯性系中，所有的物理定律都是一样的，表达形式都相同。比如，把地面上怎么运动的物体，搬到前面说的那列高速火车上，它也将怎么运动，跟在地面上的情况一模一样。

    有了这两个假设，便可推导得知，时间和空间是相对的，它们与物体运动的速度有关，速度越快，时间变得越慢（钟慢效应），空间缩得越小（尺缩效应）。这你一定觉得不可思议吧？时间一秒就是一秒，怎会变慢的呢？尺子一米就是一米，怎会缩短的呢？时间和空间应该是绝对的呀！

    现在我们来看看相对论是怎么计算时间和长度的。如果你驾驶一艘宇宙飞船遨游太空，这时，根据相对论公式计算，你在飞船上的时间是：

t´=t√ [1﹣（v/c）²]（钟慢公式）

     t´是飞船运行中的时间段，t是陆地上的时间段，v是飞船的速度，c是光速。

    飞行的距离是：

L´=L√ [1﹣（v/c）²]（尺缩公式）

    L´是在飞船上看到所飞过的距离，L是在陆地上看到飞的距离。

    上面两个式子显示，时间和空间与速度有关，速度越快，时间越慢，距离越短。其实，从这两个式子可以很容易地理解低速条件下的情况，由于速度v对于光速c来说很慢，几乎为零，于是计算得出，时间和长度几乎没有变化。难怪在低速运动状态下，我们感觉时间和空间是不变的，是绝对的。殊不知这是错觉。

    如果你驾驶的宇宙飞船超强，速度比较接近光速，比如达到0.995c，遨游太空10年后返回地球，情况将会怎样呢？

    飞行距离，站在地球上的人看到，你遨游的总距离是L=10×0.995c=9.95光年；但在飞船上的你则看到，总距离缩短为L´=L√[1﹣（v/c）²]=9.95×√[1﹣（0.995c/c）²]=0.9938光年。缩短到了1/10！

    飞行时间，站在地球上的人看到，你离开地球有10年时间了，但在你看来，只用了t´=t√[1﹣（v/c）²]=10×√[[1﹣（0.995c/c）²]=0.9987≈1年！

    这不正好是“天上一年，人间十年”吗？

    需要说明的是，我这里只是粗略地解释了时间和空间的相对性原理，略去了好些与之相关的内容，所以讲得不太严谨。

    虽然相对论是以两个假设为基本前提的，但解决了许许多多的现代科学问题。卫星上天、核电站发电、原子弹爆炸、宇宙飞船登月、火星探测、引力波发现、光电传送、量子通信、GPS定位、电脑、手机……都可说是相对论的科学成果。所以，我们应该从小就把相对论基本原理当作科学常识接受下来。

    还有，你可能会进一步问：如果乘坐光子飞船，速度与光一样，那会怎样呢？

    问得好！如果这样的话，根据前面两个相对论公式，即可得出：对于飞船上的人来说，再远的距离也都缩到了零距离，同时时间变成零，静止了。很奇妙吧？

阿尔伯特·爱因斯坦（Albert.Einstein）

链接阅读：《重发《闲侃对“四维空间”的点滴认知》》（2014-11-20）

          《“我会回来的！”》（2014-11-17）

          《广义相对论发表100周年，爱因斯坦最经典的9句话》（2015-03-15）