从光速不变说起

在读《时空的未来》时，看到科学圈的大牛们经常收到“民科”郑重其事的来信否定相对论，我不禁莞尔，自己受到的委屈也未免太微乎其微了。每天逛知乎，也经常会在首页看到“两束光相对速度”、“汽车运行中开灯的速度”等月经贴，在相对论诞生100年后的今天，绝大多数人对相对论的理解，还停留在质疑光速不变上。

其实，相对论并没有规定光速不变，而是科学家们首先发现了光速在任何参照系不变这个怪现象，才有了相对论去解释它，搞不清这一点的民科，实在可悲。

一切要从1887年的“迈克尔逊--莫雷实验”开始。在牛顿爵士建立了精美的稳固的宇宙模型后，尽管有胡克这样的大师进行挑战，但也不过是在光到底是波还是粒子的小细节进行纠缠，并没有撼动他精心构筑的经典物理学大厦。即便是300年后科学家们终于用不可辩驳的实验证实了光是波，也想当然的在牛顿的物理学大厦里找一套理论来解释，于是他们虚拟了“以太”这种无处不在的介质。在所有的相对运动的远处，一定要有一个绝对的参照系，用上帝的视角来观察着一切，即便是在真空，也一定有一种当前技术探测不到的以太，来维系光波的传递。迈克尔逊和莫雷设计了一个巧妙的实验，试图来探测以太的存在。这个实验几乎就是高速行驶的汽车打开大灯的翻版，迈克尔逊和莫雷试图通过探测两个速度叠加来证实以太的存在，但事实是，这个实验证明了光速不受叠加的影响，在任何参照系下都保持不变。从1887年到1905年（狭义相对论1905年发表），这个实验被重复了许多次，结果在误差允许范围之内，一而再再而三证实了光速不受参照系的影响，在任何情况下都保持不变。于是，牛顿爵士的物理学大厦坍塌了。

科学家们急忙提出各种理论来修正经典力学，但总不能完美的解释这个现象，因为在两个运动的物体上发射光线，它的速度怎么可能不变？直到专利局的小职员--爱因斯坦抛出了狭义相对论，一个全新的大厦开始建立了。

除去繁杂的难以理解的数学公式，狭义相对论其实并不复杂。光速之所以不变，是因为时间是相对的，运动的越快的物体，它的时间越慢，而光速运动的物体，它的时间会静止，这样就完美的解释了光速在任何参照系都不变。

当然，这样的解释会带来很多常识的坍塌，比如经典的“双生子佯谬”。如果双胞胎的一人，乘坐接近光速的飞船远行，等他回到地球，他的年龄几乎不变，而他的双胞胎哥哥已经苍老。这是绝大多数民科无法理解的，他们认为时间必须是客观、绝对的，双胞胎无论在哪里，他们的时间流逝都是一样的。因为双生子佯谬问题，一个自称有几十年天文观测经验的天文爱好者，跟我车轮大战般的讨论了一个多星期，始终无法理解，并给我扣上了读书读傻了的帽子。我叹了口气，其实双生子佯谬是实验已经证实了的，当然目前我们没有能力把活人加速到接近光速，我们可以探测到接近光速的μ子。

完美解释了双生子佯谬的实验，是μ子观测试验。μ子是一种带有一个单位电荷、自旋为1/2的基本粒子，μ子的平均衰变时间是2.2微秒，这是一个非常短暂的时间，常规情况下，这点时间它只能走600多米，连穿过15千米的大气层的时间都不够，但是在地球上，我们能观测到的μ子非常多（约1000个/(平方米·分钟)），这是为什么呢？其实，这就是因为相对论预言的“慢钟效应”。μ子们就像双胞胎佯谬中的双胞胎，在太空中静止的那个，2.2微秒后就衰变了，而接近光速飞向地球穿过大气层抵达地面的那个，就是坐接近光速的飞船旅行回来的那个，经历过漫长的时间，他还活着，并不是因为他的寿命延长了，而是他的时间变慢了，因为他运行速度接近光速，他的2.2微秒迟迟没有用完。相对论给出了公式，可以计算时间与速度的关系。

其实类似的实验还有很多，比如铯原子钟的飞行试验，这种钟是目前人类设计的最精准的钟，但是经过环球飞行后的铯原子钟与地面上的钟时间却是不一致的。

于是，民科们说，之所以这样，是因为观测手段的不足导致的。

其实在1887年的时候，科学家们也普遍认为有个绝对参照系，有绝对静止的“以太”，直到爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论构筑了现代物理学的基石之后，仍有不少科学家还在试图完善经典物理学来解释光速不变。只是，再漂亮的大厦，失去了基石之后，也是不复存在的，不是吗？

随着卫星、GPS等现代文明的普及，以及核武器、核电站的发展，相对论的应用也越来越广泛，在宏观世界要遵守爱因斯坦的规矩，已经成了现代文明的基本共识。以至于《阿凡达》、《安德的游戏》这类经典的科幻片也要在影片考虑相对论的“慢钟效应”，高速远行的飞船和地球的时间是不同步的，让其中的科学部分更加真实可信。

在民科们用相对而行的两束光和一根刚性的大棍子超光速旋转这类可笑的思想实验质疑相对论的时候，科学早已走到他们可怜的智商无法理解的境地，如今的量子力学发展到了让顶级科学家都难以理解的程度：现在和未来会影响过去，宏观尺度相隔遥远的两个纠缠态粒子可以超距“感应”... ...