之前我们做了一期，关于天鹅座万年前“来信”的视频，很多同学貌似没看懂，评论里也有很多问，这个“来信”到底说了什么，其实我们在视频开头就已经解释了，这个来自天鹅座的“信”，就是宇宙射线。宇宙射线是由各种各样的粒子组成，也会有一些基本的元素。
科学家之所以把它比作是“来信”，就是因为这信里确确实实含有很多古老恒星、遥远星系的“信息”。不过这些信息都是各种各样的粒子，经过分析这些粒子，我们就能知道，这些离我们几万、几十万、甚至几百万光年的星系，它是由什么构成。
以前，人类只能靠光学望远镜在那远远的看这些天体，通过光线去分析这些星系里面有什么，这种靠看的，近了还好，远了就成这样了！（放星系放大成马赛克）
但直到人类发现地球上到处都是宇宙射线时，这一局面就被改变了，人类可以通过研究这些地球上的粒子，来分析遥远星系中存在哪些物质。能直接探测到，并且是实实在在存在的东西，这就比看马赛克强的太多了。
这些粒子来到地球上其实也不容易，它们首先会被“宇宙加速器”加速到接近光速，宇宙加速器听起来有些科幻，其实就是宇宙中一些高能量的天体，不瞒你说，这也是天文学家推测的，目前的说法是，太阳耀斑时也能释放粒子，但一些超高能量的粒子，来自宇宙中亮度较高的地方，就比如超新星爆发，超大质量恒星，黑洞等等！
这些被加速到接近光速的 “高能粒子”，由于自身带电，所以会被宇宙中的各种磁场所影响，拐了不知道多少个弯，最后才落到地球上，所以，直接通过宇宙射线我们是不可能找到这些粒子的源头。不过，这些高能粒子在发源地的时候，会产生伽马射线，伽马射线的传播路径是直线，然后科学家可以通过观测宇宙中的伽马射线，就能判断这些宇宙射线的来自哪些遥远的星系。
我相信到这里，各位同学应该就能明白，为什么科学家要把宇宙射线比作是“来信”，其实跟外星文明没有半点关系，之所以我又把这件事情拿出再来讲一遍，是因为我发现很多博主，竟然能把这事跟外星人联系到一起，并且播放量还特别高（这里加个周星驰的，一个字、绝！），还有就是因为之前我们的视频也没有讲的特别清楚，让很多同学看到最后，也没明白个所以然，所以我们这期视频的开头，稍微花点时间来复习一遍。
大家好，我是一号，咱们这期视频正式开始，我们来聊聊光和相对论！
相对论是个非常神奇的理论，即使我们明白它讲的是什么，但其实还是很难接受。这就跟量子力学很像，虽然它们说的都是对的，甚至各种物理学大牛也通过各种实验验证了，但你还是很难想象，我和你的时间可以不一样，空间长度也可以被改变！甚至在微观世界中，意识可以决定结果！
相对论中，有个非常让人难以理解的定律，就是速度越快、时间越慢、尺度越短！在我们之前的视频中有提到过原子钟的实验，就是在飞机和地面上各放置一个同样精度的原子钟，结果飞机上的那个原子钟确实变慢了。但其实飞机的速度对比光速，还是太慢了，即使飞机上的原子钟速度变慢了，数值也是非常非常小的。
不过，随着人类对于宇宙射线的研究，发现了一种叫做μ子的基本粒子，这个粒子的平均寿命只有2.2微秒，速度是光速的0.9997倍，很明显，它这一辈子，就算按照经典物理学计算，它顶多也就能移动660米，当然实际其实只有456米（2.197 µs × ln(2) × 0.9997 × c）。通过观测，绝大多数μ子都是在距离地面15公里处的高空产生的，按照它这辈子660米的长跑距离计算的话，完全不可能到达地面。但事实是，在地表上每平方米、每分钟就有1000个μ子经过，并且这东西不仅到了地面，而且穿透到了地下！
根据经典力学原理，这是行不通的，660米不可能扩展成15公里！但根据狭义相对论，速度越快、时间越慢原理。2.2微秒只是μ子的静止寿命，如果把地面上的观察者作为参考系，μ子2.2微秒的一辈子会被拉长很多，也就是它的真实时间要远比2.2微秒长，所以它们才能在衰变结束前到达地面，甚至地下！如果换一个角度，把μ子当做参考系，它们的平均寿命还是2.2微秒，但它他们以0.9997倍的光速撞向地面时，狭义相对论又可以解释了，速度越快，尺度越短！原本15公里的长跑，现在压缩成了660米的短跑了，所以μ子能够成功抵达地面。
因为速度越快，时间膨胀效应才越明显，人类的速度目前来说，还是太慢了，就算在空间站呆的最久的宇航员，其实也就比地球上的人慢了0.02秒，μ子之所以能把15公里变成660米，就是因为它速度太快了，再稍微快点就赶上光速了。但爱因斯坦说了，光速是我们这个宇宙中所有物质运动、信息传播的上限，粒子就是粒子，它只要有静止质量，它就永远不可能达到光速，这事人类其实早就证实了，科学家通过粒子对撞机把带电粒子加速到十分接近光速，眼看就快要达到光速，再补充一点能量之后，速度只增加了一点点，那多余的能量去哪了，这就又得提到爱因斯坦了，E=MC2，能量和质量可以相互转化，虽然粒子速度推不上去，但粒子质量增加了，能量没法给粒子加速之后，都转换成质量了，即使再有非常大的能量进去，粒子只能无限接近光速，多余的能量都会转换成质量，速度是始终无法达到光速。
这里我想说一下，之前视频中的子弹思想实验，当你向目标射击时，第二颗子弹速度是以光速射向目标。如果子弹达到了光速，它就不可能是子弹，它也已经不再具有时间意义，没有时间，就没有因、也没有果，也可以说是因、也是果，它们定格在一个时间刻度上。怎么去理解呢，就好像光一样，即使你明白光是有速度的，但在人类的感知层面上，光就是和你同步的，我们身边无时无刻没有光的存在，不管是灯光、太阳光，都是以光速到我们眼睛里！
相对论中，最主要的一个前提就是，光速不变！这个东西其实很难理解，你可以想象一下，任何时候，光速都是30万公里/秒的速度，即使你达到光速，那光还是以光速在远离你。而我们的认知中，这时候应该是我和光保持相对静止的，就是说我应该看着这个光是静止的，但不行，光就是保持光速不变的，并且还没有加速度，一上来就是30万公里/秒，这怎么想，都觉得这个光是在耍流氓！
光速不变虽然是爱因斯坦提出来的，但其实在这之前，人类研究光已经研究了好几个世纪了。从亚里士多德提出以太说开始，人们就认为，以太是一种存在虚无空间中的这么一种介质，你想声波需要空气、水这些介质才能传播，那光可能也需要介质传播，这个介质就是以太！以太和空气一样，都是看不见摸不着的，但我们应该可以通过相对运动感受到它的”存在“，就比如，在空气中跑，你可以感受到风的存在，那么相对以太运动，是不是也能感受到”以太风“呢？物理学家就按照这个思路，开始找以太存在的证据，但是大前提是，几乎所有的人都认为，以太是真实存在的，这其实在早期物理学界是个公认的事实，就看谁能最终找到以太存在的证据了，那ta就是新的物理学领军人物！
抱着这种美好的愿景，各个智商爆棚的物理学家摩拳擦掌，势要一比高下，用实验证明以太的存在！
光行差
这是一个比较重要的原理，理解起来也很容易！假如你在一个绝对无风的雨天环境中，你静止不动，所有的雨滴都会从你的正上方落下，但如果你以一定速度在雨中跑，就会感觉雨滴是从你的前上方倾斜打在你身上。还有就是在坐船的时候，如果船以一定速度往南开，风以一定速度往东吹，那么船上的旗子就会朝向西北方向。
那么光也是一样的，在地球上我们观测遥远的星星，如果地球不动，我们只需要对着那颗星星就行，但是地球一直都是在运动的，以大约30公里/秒的速度围绕太阳转，所以在地球上观测星星时，星星发出的光线也是会倾斜一定的角度，这就是光行差！然后只需要知道地球在公转时会产生多大的倾斜角，就可以算出来光速是多少，最终得到的数值就是30万公里/秒！这在早期的观测实验中，其实已经算上比较精确的光速数值了。
这个现象的早期解释，也是离不开”以太“，有物理学家解释说，就是因为地球相对以太在运动，以太风把光线给吹弯了，但这还只是猜想，不能作为证据！
阿拉果的实验
既然地球是相对以太运动，那必然是有一个方向的，所以只需要以不同的角度去验证以太对光的影响，就能证明以太的存在。阿拉果的想法很正确，但实验结果很苦恼！它利用光线折射原理，把光对着玻璃照，然后用不同角度去测量光的折射率，如果地球相对于以一个方向运动，也必然会影响光线的运动，如果不同角度的光射入玻璃的折射率发生改变，那以太就是存在的！但结果是，各个角度的折射率都一样，这下阿拉果就懵了，难道自己实验有问题？不懂就问，阿拉果开始寻求大佬的支持，这位大佬脑筋比较清奇、想法比较灵活，他就是菲涅尔。菲涅尔认为，实验没有错，只是以太会在玻璃中运动，正好把需要改变折射率给抵消了。阿拉果一看，果然是大佬，大佬这一点化，自己就信了！
但是，阿拉果这个实验，还不足以说明太多问题！
斐索流水实验
既然菲涅尔说以太会在玻璃中抵消折射率，那么换成流动的液体试试呢？阿曼德·斐索在1851年设计了一个更为精妙的实验，这个实验就是一束光分成平行的两束，然后一个通过顺流的水，一个通过逆流的水，看看这两束光的速度到底一不一样。你猜怎么着，这个实验结果竟然跟菲涅尔的计算结果接近！光线确实被水流影响了，大佬这次蒙对了，一时名声大噪！
迈克逊莫雷实验
迈克尔逊莫实验也很简单，大佬菲涅尔说，以太在真空中是静止的，所以只要我们在以太中穿梭，就能够感受到以太风，那既然有结论了，实验就很好做！假设地球相对以太，以速度V向右运动，那么我向右发射一道光线，光线的速度就是C+V，那么反射回来的光线速度就是C-V，还是一样的，尝试不同方向，看看光速有没有变化！但这次不一样的是，迈克尔逊莫雷实验更加精密，有更加精密的干涉仪。本来他们猜测，不同角度的光线会被以太影响，会让实验数据有个亿分之一的时间差，但结果却是，不管从哪个方向射出光线，它们的传播速度都是一致的！
这让迈克尔逊和莫雷大失所望，因为他们觉得自己的实验肯定有问题，结果不应该是这样！于是他们反复实验，结果还是一样，光速始终没有变化！不仅他 们是一脸问号，当时的物理学界更是一脸问号。
这时候，电磁学大牛洛伦兹坐不住了，要知道，洛伦兹坐C位的时候，爱因斯坦还是站着的。
洛伦兹分析了一番，既然光速变了，时间没有变，那只能是距离变小了！他认为，应该是仪器分子间的作用力受到了以太的影响，以太在运动时，会改变分子间的距离，这就是长度收缩假说。
但即便是坐C位的洛伦兹，依然没有考虑以太存不存在的问题！即使实验结果已经预示着，光速不变、以太不存在的结果，但当时的物理学家，都没有选择挑战这一根深蒂固的公知！
爱因斯坦
提出狭义相对论时，爱因斯坦也就20多岁，初生牛犊不怕虎，爱因斯坦这一杠，直接杠翻了整个物理学界！狭义相对论有两个基本条件，一是光速不变，二是相对性！以前牛顿说，这个世界存在绝对空间，牛顿在当年，可是物理学的第一人，这个无可否认，他所说的，基本上没有人能提出质疑！年轻的爱因斯坦哪管这些，他喜欢做的事情，就是假设别人都是错的，那我反推一下试试看呢？
这不，光速不变，以太不存在，这就很好的解释了迈克尔逊莫雷实验！并且他提出相对性原理，也挑战了牛顿的绝对空间！
爱因斯坦是一个理论物理学家，他的理论基本都是靠前人的实验结果，加上自己的头脑风暴得来的，但最恐怖的是，他几乎所有的预言，都被后来人一一证实！
致密天体、引力波、引力透镜等等，我们之前有做过一期，关于爱因斯坦被证实的10大预言，感兴趣的同学可以看一下！
其实爱因斯坦不光是挑战了整个物理学界，更是颠覆了整个人类的认知！在这之前，甚至是现代社会，我们的主管感受，很多东西都还是绝对的，比如说，我知道明天几点的太阳会升起来，我知道多久之后会天黑、多久之后会天亮！这些客观存在的东西，都符合我们的想象和预期！
相对论是啥？速度快了，时间会变慢！引力太大，会扭曲时空！你达到光速，光也会以光速远离你！
你可以试着想象一下，如果按照爱因斯坦的说法，光好像并不是一种客观存在的东西，它更像是我们主观感受的存在。这其实和量子力学又有点类似，人的主动介入，可以影响事件的结果！而光也是一样，爱因斯坦说过，在光速运动下，时间将不复存在，我们很难想象，在我们这个四维时空，如果把时间去掉会是什么样？
那么如何去掉时间，也就是让时间停止呢？其实只有一个办法，“关灯”！
我是一号，带你探索宇宙！
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