狭义相对论中的时间膨胀：速度越快时间越慢，膨胀的到底是什么？

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狭义相对论中的时间膨胀效应：速度越快时间越慢，膨胀的到底是什么？

相对论已经诞生一百多年了，但直到今天，仍旧有不少人对相对论不是很理解，或者有些人虽然理解相对论，但内心深处并不愿意接受相对论关于时空的“诡异”解释。

相对论推翻了牛顿的经典静态时空观，表明了我们生活在一个动态时空中，时空是不断发展变化的。

相对论的一个重要思想就是：在不同的参照系下，感受到的时间流逝速度是不同的，这种变化就是时间膨胀。时间膨胀与我们每天的直观体验有很大不同，毕竟在我们日常生活中，一天就是一天，无论谁去观察体验，一天都是24小时。

但如今却不同了，你体验到的一天，在我眼里就不是一天，有可能只是一小时，甚至更短。

时间膨胀也分为两种：

狭义相对论表明，速度越快，时间就越慢，这就是时间膨胀，用公式表达就是t'=t/√[1-（v/c)²】。

公式中的t和t'分别是两个参照系下的时间流逝速度，v是t'参照系下相对t参照系的运动速度，c为光速。

广义相对论表明，引力越大，时间流逝速度就越慢，这也是时间膨胀，用公式表达就是t'=t*√(1-2GM/rc²）

同样的，t和t'分别是两个参照系下的时间流逝速度，G代表引力常数，大约为6.67x10^-11N·m²/kg²，M为天体的质量，r为半径，c是光速。

以上两个时间膨胀公式可以看出，都与光速c有关，这也说明了时间膨胀与光速c息息相关，所以无论什么样的时间膨胀，首先要做的一点就是要确定光的速度，确定光速的准确值，否认时间膨胀就没有意义了！

首先，在确定光速之前，我们需要明白到底什么是光？

光以及光速如此重要，就是因为人类只有通过光才能看到周围的世界，而光其实就是一种电磁波，光子是电磁波的传播子。

只不过我们平时所说的光指的是可见光，波长在380~760nm之间，这个波段只是整个电磁波谱非常小的一部分。

除了可见光，还有γ射线，X射线，紫外线，红外线，无线电波等很多种，而人类眼睛只能看到可见光。

好在人类拥有智慧，凭借先进的仪器设备，人们还能看到其他电磁波谱，比如说红外线，紫外线等。

在太空探索的过程中，基本上都必须通过光（广义上的光，也就是电磁波），无论是宏观的天体，还有微观的细菌，原子，病毒等，都离不开光。光（电磁波）就是人类的眼睛，离开光我们就无法探索太空。

光速如此重要，所以光速自然也成为了物理学中非常重要的一个常数。

自古以来，人们就没有停止对光的探索研究，尤其是在过去的几百年时间，整个物理发展史基本上就是光速的探索史。

很早之前，科学家就知道光速是有限的，并不是瞬间传播的，只不过光速非常快。

20世纪科学家通过光的干涉效应终于测量出了光在真空中的精确传播速度，在1975年第15届国际计量大会上，重新对“米”进行了定义，光在真空中1/299792458秒行走的距离被定义为1米，因此光速有了非常精确的值299792458米每秒。

爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，光速有一个基本属性，那就是光速是宇宙速度极限，这也是光的一个内在秉性，任何静质量不为零的物质都无法达到或者超越光速。

还有很重要的一点，光速不变原理，任何参照系下光速都是30万公里每秒（大约），光速本身不会与其他速度叠加。

举个通俗的例子，即便是你光速的99%飞行，你身上发出的光在我看来（无论我是什么运动状态）仍旧是光速，而不是光速+你的速度。

光速的这种限制可以用洛伦兹变换来解释。

两个公式：

1.M=m/√[1-（v/c）^2]

M为运动质量，m为静质量，v为速度，c为光速。

2.V=(V1+V2)/(1+V1xV2/C^2)

V为叠加速度，V1、V2为两物体速度，C为光速。

从两个公式中可以看出，V不可能达到或者超越光速。

光速，可以说是我们所在宇宙的基本属性，一个标尺，也是宇宙的“定海神针”。

由于无论在任何运动状态下，在任何参照系下，光速都是不变的，这意味着肯定会有某些东西发生了变化，来匹配光速不变，这些东西就是时间和空间。

也就是说，速度会影响时间流逝快慢，时间和空间都是相对的，在不同的参照系下，时间会发生变化。

举个例子，如果我们观察1光年外的一颗星球，按照牛顿的绝对时空观，本来只能看到1年前星球的样子。但是如果你坐上一艘0.5倍光速飞行的飞船上，你会看到比那颗星球更早的画面。

在地球上来看，飞船需要两年才能到达那颗星球，但对于飞船里的你来说，只需要1.73年就能到达，时间膨胀了1.1545倍。

而广义相对论强调的引力对时间的影响，与速度与时间的影响是等效的，引力越强，对时间膨胀效果就越明显。

其实广义相对论本身就是建立在狭义相对论基础上提出来的，狭义相对论有一个巨大的限值：必须是惯性系。而广义相对论适用于所有参照系。

速度和引力对时间的影响绝不是空想，也不仅仅是理论，而是实实在在的存在，我们日常生活都离不开这种影响。

比如说我们开车时经常使用的导航系统，就必须考虑到时间膨胀效应，否则导航系统会彻底乱套！

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