狭义相对论是近代物理学的一个支柱，它向我们诠释了在高速运动下的物体对于静止观测者的时空变换规律，并且把我们从经典力学一下子拉到了近光速的情况。这对于我们的宇宙学、粒子物理以及我们实际生活中离不开的定位系统都有很大影响。相对论英文是relativity，这个词的词根是relative，本意是代表相关联的事物，所以相对论和“相对”实际上没有多大关系，更多地是“相关”含义，暗示着不同参考系的时空实际上是相关联的，而他们的关系又是什么呢？
接下来我们就一起回顾一下狭义相对论的推导过程，这些过程里面除了物理学上的成就，还给我们留下了哪些宝贵财富呢?
牛顿力学以及伽利略变换支配了物理学界百年之久，这些经典的东西到现在都是我们学习物理所必修的内容。在那时，这就如同信仰一般，制约着每个研究物理的人。经典的时空观告诉我们：在不同的参考系下所描述的运动是不一样的，他们满足伽利略变换：
x'=x-vt ,y'=y ,z'=z ,t'=t
xyz和x’y’z’代表着空间坐标，t代表着时间坐标。
发现了什么没有？空间坐标和时间有关系而时间坐标却是独立于空间坐标存在的！也就是说，在经典力学里面时间和空间八竿子打不着，空间爱咋咋地和我时间一点关系都没有。
这种时间独立于空间存在的观点，促使人们提出了一种绝对的参考系-以太。以太无所不在，没有质量，可以作为任何运动物体的参考系，以至于我们的电磁波理论，最初是建立在了以太的基础上。
当麦克斯韦方程组统一了电磁理论后，问题出现了。我们可以推导出电磁波传播速度，它是一个常量，只和介质材料有关。那这个速度是基于什么样子的参考系呢？如果是以太的话，我们是不是可以测出以太的绝对速度？以太的假说面临着严重的挑战。
直接引起以太假说轰动的是迈克尔孙-莫雷实验的零结果，它说明了从不同的方向上观测，光都是相同的，即光在任何的参考系内是不变的。当时，洛伦兹深受以太观点的影响，他认为，以太是存在的，但是当观测者相对于以太运动的时候，以太长度在运动方向会发生改变。于是根据光和物体相对于以太的运动，它得出了著名的尺度收缩公式和时间延缓公式：
上式表明了不同的参考系内对于同一事物的描述之间的关系。
之后，他利用这两个公式对伽利略变换进行了修正（做一个代换即可），得到了著名的洛伦兹变换：
其中
是不是很惊讶？这正是我们狭义相对论里面的变换关系。但是他的推导过程中一直承认伽利略变换的正确性，也就是说这是在一个错误的假设前提下推导出来的一个正确的结论！为什么？因为由于他的尺度收缩公式，人们无法验证不同惯性系里面光速c有任何差别，可以说他为了解释光速的不变性强行引入了一个t’因子，洛伦兹并没有意识到t’的含义，他认为这只不过是一种毫无意义的数学技巧，在以太中存在的时间t才是真正的时间。
洛伦兹一只脚已经迈入相对论的门槛了，但是他另外一只脚迟迟不肯进来。由于对经典力学的执着，使得他与一项伟大的成就擦肩而过。他早于爱因斯坦10年提出了这个变换公式，如果他果断脱离经典力学的束缚，我们现在的物理学发展会不会前进10年呢？毕竟在如今这种科技不断更迭换代的时候，我们谁也不知道10年后我们的世界是什么样子的。
这个机会让爱因斯坦把握住了。他摒弃了以太的概念，提出了自己的假设：
1） （狭义相对性原理）任何物理规律在所有惯性系中保持不变；
2） （光速不变原理）光速在任何惯性系中速度为定值。
我们不去管上述假设因为啥，它们就是这样的，作为公理存在，接受就好。我们假设光从原点出发，并且根据光速不变原理，在静止参考系里面光走的位移平方可以表示为：
在另一运动参考系里面可以表示为：
两个参考系相对速度为v，爱因斯坦引入了一个关于v的函数，以便耦合上述式子的关系，他给出了早期的公式：
但是里面的Φ(v)不能确定。
不过他引入了一个特殊的关系
这个关系说明参考系S相对另一个参考系S’运动速度为v，则参考系S’相对于参考系S的运动速度就是-v。这是一个很明显的关系。通过这个关系可以修改他的最初公式，得到：
其中
可见，这就是洛伦兹变换。
爱因斯坦毅然否定了以太的假说，并且选择不去修改麦克斯韦方程组，转而审查经典时空观。修改千年之久的物理学基础-牛顿力学，这对于当时来说无疑是一次巨大的轰动。但是狭义相对论的建立，就意味着经典力学的错误吗？我们来做一个操作，对时间延缓公式做一个估计，比如高铁的速度300km/h，让我们来估算一下在地面一秒相对于你在高铁上你的一秒时间延缓了多少吧。
大概是3.86^10^-14秒,差值很小，小到都不用去管它。这说明在我们速度远远不及光速的情况下，相对论效应不用考虑。由于我们日常生活几乎就接触不到接近光速的物体，所以这就是为什么我们最初被经典力学所束缚。
狭义相对论把时间和空间联系在了一起，时间空间从此不再孤独。1908年，闵可夫斯基在《时间和空间》中，提出把时间看作一个维度，构造了闵氏长度，联系了空间坐标和时间坐标：
在不同的物理过程中，这个时空间隔s是不变的。如果我们把空间作为横轴，时间作为纵轴，根据他提出的概念，可以构造一个时光锥：
这说明，过去的种种原因汇聚到现在的一点，并且将向未知的未来发展。所以物理学规律告诉我们，世界上没有后悔药，我们的多种选择终将汇聚一点，唯一可以把控的，就是面对将来，选择权在我们自己手里，我们要把握当下。
说到狭义相对论，还要提到历史上一位著名的数学家-庞加莱。他已经认识到了不存在绝对的参考系，但是他就是不想放弃以太的概念，牛顿力学至高无上的原则看样子已经深深烙在当时人们的心上了。看来，不止洛伦兹一个人在狭义相对论的门口徘徊过。
好在由于洛伦兹最先发现了这个变换关系，即便他是歪打正着，相对论的变换以他的名字命名，洛伦兹也算是名垂青史。
纵观我们说到的狭义相对论的发展历程，可以说是好事多磨。一个完善的物理理论，必定要经历时间的检验以及许多物理学家的共同完善。狭义相对论“最后的创始人”是爱因斯坦，但是在这背后，我们可以看到前赴后继许多科学家为此不懈奋斗，虽然他们都被经典力学束缚住了。
所以，在证据充分的情况下敢于打破权威，正是这段历史要告诉我们的。就像伽利略对自由落体的诠释一样，爱因斯坦打破了经典力学的权威瓶颈。他的创新思想，使得他迈入了新世界的大门。因此，机会给有准备的人，这些有准备的人就是那些具有不同于常人的思想、创新精神的人。
一流的科学家提供思想，二流的科学家提出方法，三流的科学家用思想和方法去研究。所以，将来物理学的发展趋势必定取决于这些敢于创新大胆想象的一流科学家们，而物理学的发展，则是那些勤勤恳恳工作的后辈科学家们的努力。
编辑：太阳骑士07
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