你我接着又来到了另一座大厦前面。这座大厦气势非常的宏伟，通俗来说就是又高又大，给人非常震撼的感觉。你我做了一下深呼吸才勉强稳住了心神。缓过神来仔细一看，才注意到这大厦上有两个大钟，底下一个，顶上一个。再仔细一看，发现有点不对，这两钟的时间不一样。底下的这个似乎比顶上的那个走得稍微慢一点，怪不得时间不一样。这谁的大厦，如此之宏伟，却连个时间都对不准吗？一看大门，原来是爱因斯坦的相对论大厦。老爱的大厦果然让人有点捉摸不透，怪不得听说刚出来那时只有两三个人能懂。
相对论其实又分为狭义相对论和广义相对论。这是怎么回事呢，我们来大概地了解一下。
记得那时你刚从火星来到中国，我跟你聊起了高铁。你说火星上没有高铁，于是我便带你去体验中国的高铁。中国的高铁不但速度快，而且运行平稳。匀速直线行驶中，我们把窗帘拉上看不到外面，就仿佛身处家中一样，感觉不到它在行驶，往哪个方向行驶。
而且你发现，这时在车上无论做什么，就跟在平地上一样。比如垂直往上抛出一个乒乓球，它落下来还是会落到手心，并不会因车的高速行驶而偏向车尾。又比如你不会因向车前跳而更省力或跳不远，也不会因向车后跳而更吃力或跳得更远，一切都跟在平地上一般无二。
像我们的高铁这样，静止或匀速直线运动的整体，就叫惯性参照系，简称“惯性系”。力学规律在所有惯性系中都相同，这就是在匀速直线行驶的高铁中就像在平地上一样的原因。
现在高铁正以100m/s的速度在行驶，而我以5m/s的速度向车前跑，你说我的速度是多少？
你说是5m/s。可这时路边有个路人甲不同意了，他说他看到我的速度是105m/s。你俩意见不同，谁对谁错？
其实你俩都对，只是你们所处的位置（惯性系）不同，所看的角度不一样而已。你和我同处在高铁上，你以高铁为参照，那我的速度就是5m/s。路人甲在路边，他以地面为参照，那我的速度就是105m/s。而我们很多时候所认为的对错，也只是我们所处的位置和看问题的角度不同而已。所以，学会换位思考就能减少很多无所谓的争吵和摩擦。
这里可以利用坐标系来建立两个惯性系之间的联系，使它们可以相互转换，形成统一的意见，叫做伽利略变换。我们只是走马观花，就不深入了。只要知道在路人甲看来，我的速度是高铁的速度，再加上你所看到的我的速度就可以了。
现在我们知道，分别置身于不同的惯性系中，在我们看来没什么区别。在匀速直线行驶的高铁上就和我们在家里一样。但在别的惯性系看来是有区别的，处在不同的惯性系中的人看向对方是不一样的。我们坐在高铁上不动，在站在路边不动的路人甲看来，我们正以高铁同样的速度在向前飞奔。而在高铁上的我们看来，则是站在路边不动的路人甲在以高铁同样的速度向后离去。就像当年爱因斯坦拿出一个导体、一个磁体，说，不管哪个静哪个动，作用是相同的，都能让导体产生电流。这是运动的相对性，它说明不存在绝对静止。
来自火星的你刚来地球就一直待在中国哪都没去。当听说地球的另一面还有一个很大的国家叫美国时，你想去美国看看，多了解了解地球。并且你有个远房亲戚就在美国，听说还混得不错，去美国还可以顺便看望一下你那个远房亲戚。可我实在忙，只好让你一个人前去。临行之时我一再叮嘱你，明天中午的时候一定要给我打个电话报平安。你爽快的答应着，兴奋地踏上了美国之旅。
可第二天中午一直没等来你的消息，我着急坏了：这家伙不会出了什么事吧！
一直到晚上十一点都没接到你的电话，着急不安的我好不容易睡下，决定明天一大早就飞美国找你，可刚睡着却被电话的响声吵醒了。
“这谁啊这大半夜的！”我接了电话就想破口大骂。
电话的另一端却传来了你兴奋的声音：“是我，我到美国了。”
“怎么现在才来电话，你知道现在几点了吗？”我没好气的说到，但心里悬着的一颗心总算落下了。
“刚好中午十二点啊。”你无辜的说到。
这时我才意识到是我自己的失误。都怪我没有出过国，没出过国的人是很难体会到这种时差所带来的问题的。我们的世界里并不存在绝对的时间，所有的时间都相对的。只是我们为了方便，会约定某个区域内使用同一个时间。比如在中国都使用北京时间，这样大家就有了一个时间标准，方便了大家的行动和对同一事件的一致描述。
但由于地球很大，还是个圆的，并不停地自转着，形成了白天和黑夜。这样的区域太大就会出现表述不清，比如某个国家的中午可能是另一个国家的午夜。所以我们沿着地球自转方向，把地球360度经线分为了24个时区，对应24小时。两两相临时区之间刚好相差一个小时，每个国家所使用的时区，称为当地时间。这样我们只要知道两个国家之间所使用的时间相差几个时区，就能知道他相对于我们的时间，这样就能做到同时了。
但我们真的做到同时了吗？
听说你们火星军人走正步，那是世界上最整齐的。可以说丝毫不差，就像是同一个人走出的一样。但他们真的做到同时了吗？
现在我们请火星军人来协助我们做一下实验。我们知道走正步是由领队发出口令，队伍听到口令同时走起，才能做到如此统一。这里我们先排除人为的因素，假设每个人都能在听到口令的同时立即做出反应，并且动作幅度丝毫不差。这样就真的能做到同时了吗？
我们知道声音是有速度的，大概是340米每秒。如果队形很长，比如说1000米，还是只能靠一个人来喊口令，因为这样才能确保口令统一。虽然领队的声音很大，其他人都能听到，但领队无论站在哪里，队伍听到口令的时间是不同的，离得近的先听到，离得远的后听到，也就是无法做到同时。只是在队形比较短的时候由此引起的偏差很小，我们很难觉察到，看起来还是十分的整齐。
为了做到同时，我们给他们每个人都佩带一副能实时接收到口令的耳机，使他们能实时接收到口令，走起。那现在他们应该能做到真正的同时了吧？
我们知道通讯设备其实也是有速度的，我们可以假设它的速度就是光速。这已经是信号传递的最快速度了，是极限。但即使这样，光速也是有限的，大概是30万公里每秒。有速度，那它必然也会像声音一样，会因距离过长而出现延迟。
我们把队伍拉长，从地球一直延伸到你的老家——火星。假设光从火星到地球需要5分钟的时间，地球与火星之间通讯信号正常，领队的在地球上给他们喊口令，走起。
情况会怎么样呢？我们在地球上观察，看到地球这端的已经整齐地走起来了。火星那端的太远，我们借助望远镜来看，假设望远镜能清楚地看到。怎么回事，那端的迟迟没动？足足过了10分钟，火星那端的才开始走起。很显然，在我们看来他们是不同时的。
这一次我们让领队到火星上去，在火星那端喊口令，情况又会是怎么样的呢？你我在地球上一人通过望远镜密切地注视着火星那端，一人密切注视着地球这端。“动了！”在某一刻你我同时喊道。这是怎么回事，领队的在火星上喊口令我们又能看到同时？真是怪事！
再来，这次我们让领队到队伍的正中间去，也就是地球和火星中点的地方。你我也去，我们站在领队的背后，一人观察一边，走起。我们发现，离我们近的队伍都同时动了起来，但离我们远的地球和火星两端却迟迟没动，直到过了5钟他们才同时动了起来。
由以上实验我们得到结论：真正的同时不存在。确切的说是，真正的同时存在，但那是我们所无法看见的。因为我们看见东西要通过光，而光速是有限的，有限就无法看到同时。而我们看到的所谓的同时，恰恰是不同时。简单来说就是：同时必不可见，可见必不同时！
领队在地球喊口令的时候我们看到不同时，这个不同时确实是不同时。因为事实是地球这端走了5分钟后，火星那端才开始走。因为火星那端接收到来自地球的口令需要5分钟的时间，而光又过了5分钟后才将信息传回地球，为我们所见。领队在火星喊口令的时候我们看到了同时，但事实是火星那端已经走了5分钟，而地球这边才开始走，所以这个同时也是不同时。而在地火中点的时候，离我们近的和地火两端不同时，这也是真的不同时，因为我们附近的走了两分半钟地火两端才开始走，而我们又过了两分半钟才看到他们走。那这时所看到的地火两端的同时呢？这种情况比较特殊，我们看到他们是同时的，而他们也确实是同时的！那这和我们之前总结的“同时必不可见，可见必不同时”是不是矛盾呢？
这其实并不矛盾，这时两端确实是同时的，但在他们看来他们必是不同时的。也就是说真正同时的两者是看不到彼此的同时的，这叫同时必不可见。而我们看到他们同时，也只是看到他们两分半钟前的同时。因为我们能看见他们，所以我们和他们不同时，这叫可见必不同时。
所以，我们看到的所谓的同时只是一种错觉，同一个世界中根本不存在同时。但在地球上，由于距离很近，会给我们一种可以做到或看到同时的错觉。在我们进行视频实时通话的时候，当两者之间的距离比较远时，会出现明显的延迟、卡顿现象。这不仅是信号的问题，更是无法同时的问题，这种延迟与两者间的距离成正比。
在地球上这种延迟几乎可以忽略不计，但在星际之间这种延迟就无法忽略不计了。比如我和在火星上的你进行通话，那叫一个苦啊！我这边拨了十分钟才传来你的声音：“喂，哪位啊？”我们才交流了几句，几个小时的时间就这样过去了！这还只是在比较近的火星和地球之间，太阳系外离我们最近的恒星距离我们4.2光年，如果我们和它之间进行通话，聊上几句，半辈子就过去了！再远点就更无法想象了，而我们其实是在实时通话，这算什么实时通话？
所以，我们平时很多所看到的、所认为的，只是在我们地球这个“小村庄”里，在小尺度内，在低速时，在很多忽略不计的情况下，所看到的现象。当距离拉长到一定程度，当速度加快到一定程度，很多现象就和我们平时所看到的、所认为的不一样了。
而相对论就是研究大尺度，宇宙范围，高速时的现象。所以很多人无法理解相对论，是因为我们的观念、眼界，还停留在我们这个小世界里无法跳出。
在同一个点上才存在可见的同时，在不同的点上就不可能做到可见的同时，差异与两者之间的距离成正比。而我们的地球可以看成一个比较大的点，某种程度上我们可以认为在地球上是同时的。
以上就是同时的相对性。无法同时也就不能做到统一，所以没有一个统一标准的时间，也就是没有绝对时间，所以我们的时间都是相对的。时间是相对的，这是相对论最关键的一个观念。不同参考系，“同时”其实不同时，是相对的。但就像同时并非不存在，只是同时的两者无法相互看到彼此的同时，所以绝对时间其实也是存在的，只是我们无法看到。我们一直在用，却又不为我们所用。是不是有点迷糊，看到后面应该就能明白了。
爱因斯坦的狭义相对论有两个重要基础：
1、物理定律在任何惯性系中都相同
2、光速不变
物理定律在任何惯性系中都相同是爱因斯坦的相对性原理，它是在伽利略的相对性原理：力学定律在任何惯性系中都相同。庞加莱的相对性原理：运动定律在任何惯性系中都相同。这两者之上发展过来的，物理定律包括了运动定律，而运动定律又包括了力学定律。
光速不变，是指在真空中的光速。不管在哪个惯性系里，不管怎么测，它的速度都不变，都是299,792,458 米/秒。
狭义相对论得出了一个惊人的结论——时间膨胀！运动能把时间拉长，运动速度不同的物体，其时间流逝的速度不同，速度越快，时间的流逝就越慢，同时尺寸（体积）缩小，称为时胀尺缩。但以我们人类现有的速度很难觉察到这种差别，只有在接近光速的情况下时间膨胀效应才会明显。
于是有人提出了这样的假设，有一对37岁的双胞胎兄弟，弟弟始终在地球上生活，哥哥坐飞船以0.9999C的速度飞行一年后回到地球。根据狭义相对论的时间膨胀效应计算，当他们重逢时，哥哥38岁，而弟弟却已经108岁了！哥哥由于以0.9999倍的光速飞行了一年，其时间流逝比在始终在地球上的弟弟慢了70年，所以他的时间膨胀了！
这个假设最初是反对相对论的人提出来的，他们觉得这样的结论太荒谬了，想以此来驳倒相对论，称为双生子谬论。支持相对论的人则认为事实就是如此，并进行了反驳，称此为双生子佯谬。虽然相对论取得了巨大的成功，但还是有很多人无法接受这样的事实，所以争论还在继续。
狭义相对论不仅能够解释低速运动，还能够解释牛顿理论无法解释的高速运动，但它只适用于一种特殊情况：匀速直线运动，也就是惯性系。如果速度或方向改变了（非惯性系），那么它就不成立了。但是在我们的世界里，受各种力的相互影响，物体运动都有加速度，基本上不存在什么匀速直线运动，所以很难找到真正的惯性系。
一种只有在理想、特殊情况下才成立的理论，这对于我们的生活是没有什么意义的。于是，为了解决这个问题，爱因斯坦继续前行，研究加速度，又创立了广义相对论。
加速度是描述速度随时间的变化率。凡是非匀速直线运动的一切运动状态，其运动都是一种加速度运动，或表现为运动速度随时间的改变，或表现为运动方向随时间的改变（匀速圆周运动），或表现为运动方向与速度同时随时间的改变。
爱因斯坦发现，一个封闭箱中的观察者，不管用什么方法，也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场的加速运动中。
比如把你封闭在一个箱中，可以想象是在一个电梯里，如果这个电梯是在地球，它现在处于静止的状态，你会由于地球的引力而拥有一个重力。而如果这个电梯是在地球之外的太空中，也处于相对静止的状态，你会由于受到来自各个方向的引力相互抵消而处于失重的状态，但如果这时这个电梯沿着你头顶的方向有一个力，它的加速度等于你在地球所受到的重力加速度，那么你会因此而拥有一个和在地球上一样的重力。这时由于你封闭在其中看不到外面，你无法确定自己是处于地球上静止状态，还是处于太空但拥有一个等同于地球重力加速度的运动，因为它们对你而言是等效的。所谓等效，打个比方，吃米饭和吃馒头都可以使你填饱肚子，所以吃米饭和吃馒头对于你填饱肚子是等效的。
于是爱因斯坦提出了他的等效原理：加速度运动和引力是等效的。等效原理是广义相对论的第一个基本原理，也是整个广义相对论的核心。
在加速度运动中，由于有了加速度，速度不断发生变化，所以即使是分解成再小的一段距离，它也是有变化的。那么，我们就把它分解到“最小”，只看加速度运动区域的一个点，在这个点上，物体运动的速度和方向都只有一个，也就是所谓的“匀速直线运动”。
也就是说，加速度运动可以看成是无数个匀速直线运动的点的集合。所以，在加速度运动的一个点上，狭义相对论是成立的！在时空区域中，一个点内的引力场，可以将其等同于惯性参考系去描述，而狭义相对论在这个“局域惯性参考系”中是完全成立的。有了这个思想，狭义相对论就成了这个新理论的一部分，这就是“强等效原理”，而之前的那个等效原理，叫“弱等效原理”。
把一条曲线，看成是无数个点的集合。这是一种极具创造性的思想，当年牛顿最先使用它，用来解决让无数科学家头疼的炮弹轨迹问题，这才使得炮弹不会像无头苍蝇一样乱飞，而能精准地命中目标。现在爱因斯坦又使用它，将只在匀速直线运动下有效，受限于惯性系的狭义相对论引申到所有的参考系中。
狭义相对性的原理是：物理定律在所有惯性系中都相同。有了等效原理，爱因斯坦把相对性原理又推进了一步：物理定律在一切参考系中都相同。原来狭义相对论是广义相对论框架下的一种特殊情况，或者说是一种近似，就像欧氏的平面几何是曲面几何下的一种特殊情况、一种近似。比如地球是圆的，但我们生活在地球上任何地方所看到的地面却都是“方的”，这就是古代天圆地方的由来。地“方”是地球这个圆球的一种特殊情况，是在我们的视野下看到的一种近似。
这是一个质的飞跃，物理定律从此不再受制于参考系，无论你是直线的、匀速的，还是曲线的、加速的，都没关系，都可以一视同仁。原来万物都遵循着同一套法则、同一个真理！越是普遍存在的，越是适用广泛的东西，才越接近于宇宙的真理。
爱因斯坦沿着这条路继续前行，又得到一个惊人的结论：时空是弯曲的！
什么是弯曲？这是一个所有的人都能很容易理解的概念，所以不需要太多的解释，弯曲就是不直嘛，大家一听就能懂对吧。但时空弯曲却让人很头疼，空间是怎么弯曲的？时间又是怎么弯曲的？它们又为什么是弯曲的？你说时空弯曲，为什么我们却无法看到时空的弯曲？
这里就先打住，等到后面我们知道了时空弯曲的原因，就能很好地理解时空的弯曲了。
我们再来回顾一下相对论的两个重要基础：
1、物理定律在任何惯性系中都相同
2、光速不变
这两个重要基础可以说是相对论的两大“地基”，别看相对论很深奥，但其实是建立在这两大看似很简单的地基之上，那这两大地基是不是真的如此牢固呢？要知道，基础不牢地动山摇啊。大厦不能光看它建得有多高，还要看它的地基够不够牢固，如果基础不牢那是很危险的。
在狭义相对论中，物理定律在任何惯性系中都相同。到了广义相对论更是发展到：物理定律在一切参考系中都相同。一切参考系可以理解为整个宇宙，因为它其实已经包括了宇宙所有。因此我们可以换个说法：物理定律在整个宇宙中都相同。我们之前做过实验，在匀速直线行驶的高铁上所做的一切和我们在家里并没有什么区别，但这就真的靠谱了吗？
物理定律是什么？物理定律是从特别事实推导出的理论学科，是经过多年重复实验和观察为基础，并在科学领域内被普遍接受的典型结论。但我们目前所做的一切实验都是在地球上做的，在地球上所做的实验能代表整个宇宙吗？
在低速、较小尺度下，牛顿力学便捷地说明了我们身边的各种力学问题，而在高速、大尺度上，爱因斯坦相对论则更精确。那么世界到底是符合牛顿力学还是更符合爱因斯坦相对论？欧氏几何描述了我们所见的平坦世界，而黎曼几何描述了时空的弯曲，那时空是欧氏几何的平坦还是黎曼几何的弯曲？
在大多数人看来，最终必定只有一种理论是正确的，因为宇宙必然遵循着同一套法则。如果相对论是正确的，那么牛顿力学就必定就是错误的。如果黎曼几何的弯曲是正确的，那么欧氏几何的平坦就必定就是错误的。
宇宙遵循着同一套法则这没错，但这套法则它一定是固定的吗？它有没有别的形式？它会不会变化？物理定律会不会随着时空而变化？
对于光速不变原理，我们知道万物皆变，一切都是相对的，凭什么光速就不变？光速就真的不变吗？
我们需要通过光来看到东西，认知世界，光对我们认知世界有着特别特殊的意义。人类取得巨大发展的这几百年，与我们对光的不断深入的认知有着密切的关系。所以对光的认知非常重要，它是我打开宇宙之门的钥匙。接下来我们会经常的深入的去了解它，因为如果我们对光的认知出现了偏差，那我们对宇宙的认知就会不可避免地出现偏差。
出于这样或那样的目的，曾经有很多人企图要推翻相对论，但都没能成功。要推翻相对论谈何容易，如此之宏伟的大厦可不是说推翻就能推翻的。强拆也不行，因为相对论可不是一般的“钉子户”！
但，这依然不能代表相对论就一定是正确的，后面我们再来探讨。
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