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審核專家：錢航

中國航天科技集團一院航天科普專家

如果你是理科生，如果你想要在大學深耕理科專業，那么有兩座愛因斯坦留下的“大山”需要你去攀登：一個是相對論，另一個還是相對論。

說到愛因斯坦，E=MC2是很多人對他的第一印象，而這個“網紅公式”也源自于相對論。

自狹義相對論誕生至今已有119年，廣義相對論也走過了109年的歷程。那么，相對論中的“相對”究竟是指誰與誰之間的相對呢？

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古代傳說中的“天上一日，人間百年”又是否與相對論中的時間膨脹概念相吻合呢？

今天，就讓我們一起走進這個穿越時空的謎題吧！

狹義相對論：重塑時空觀

來源｜百度

狹義相對論，是阿爾伯特·愛因斯坦在1905年提出的理論，它顛覆了牛頓力學中的絕對時空觀，提出了全新的時空觀念。狹義相對論中的“相對”主要指的是不同慣性參考系之間的相對性。

在狹義相對論中，有兩個核心假設：光速不變原理和等效原理。光速不變原理指出，在任何慣性參考系中，光在真空中的傳播速度都是恒定的，不依賴于觀察者的運動狀態。這一原理打破了牛頓力學中速度疊加的觀念，引出了時間膨脹和長度收縮等令人驚嘆的相對論效應。

等效原理則表明，在局部區域內，無法通過實驗區分均勻引力場和加速參考系。這意味著，一個加速運動的參考系可以看作是靜止的，并且物理規律在這些參考系中也是相同的。這一原理為廣義相對論的提出奠定了基礎。

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狹義相對論還預言了質能關系式E=mc2，這一公式揭示了質量和能量之間的等價性。它告訴我們，質量和能量可以相互轉化，為核能的利用提供了理論基礎。

廣義相對論：引力與時空的交織

來源｜中國科學院理論物理研究所

廣義相對論是愛因斯坦在1915年提出的理論，它是對狹義相對論的進一步拓展，將引力納入了時空的框架之中。廣義相對論中的“相對”不僅涉及不同慣性參考系之間的相對性，還涉及了引力場中的時空彎曲。

在廣義相對論中，物質的存在會彎曲周圍的時空，而物體的運動則受到這種彎曲時空的影響。這種時空彎曲的觀念徹底改變了我們對引力的理解。引力不再是一種超距作用，而是時空結構本身的表現。

來源｜科幻空間

廣義相對論預言了許多令人震驚的現象，如黑洞、引力波等。黑洞是時空中的某些區域發生極度扭曲，以至于連光都無法逸出的天體。而引力波則是引力場中的擾動，它像水波一樣在時空中傳播。這些預言已經得到了許多高精度實驗的證實，進一步證明了廣義相對論的正確性。

此外，廣義相對論還是現代宇宙學的理論基礎。它解釋了宇宙大爆炸、黑洞輻射等宇宙現象，為我們揭示了宇宙的起源和演化。

雖然廣義相對論早在1915年就指出“引力場越強，時間就越慢”，但直到1976年才有了第一次精確的實驗驗證：當時科學家用火箭將原子鐘送到1萬公里的高空，發現它比海平面時鐘大約每73年快一秒。

2022年，來自中國科學家葉軍所率領的科研團隊在《自然》雜志發表文章，通過團隊開發的世界上最精確的原子鐘，得出在一毫米高度差上，時間相差大約一千億億分之一，該研究也是迄今為止在最小尺度上驗證廣義相對論的實驗。

所以，親愛的青少年朋友們，當你們下次再聽到“相對論”這個詞時，不妨想象一下這兩位百歲老人的故事。他們告訴我們，世界并不是我們想象的那么簡單，而是充滿了無盡的奧秘和可能性。

也許，未來的你們，也能成為揭開這些奧秘的科學家呢！