引力波的预言

爱因斯坦的狭义相对论

19 世纪末期，大多数科学家都认同于当时对于宇宙的描述。实际上，他们中大部分认为物理学的研究已经相当完善，所剩下的也只是将一些细枝末节了解清楚即可。但问题是许多所谓的细枝末节都是些不能用当时的理论给予解释的观测或实验结果。其中之一就是实验中对光速的测量结果总是在每秒 30 万公里(也就是时速 18.6 万英里)。

按照我们的日常经验，光的速度应该是随观测者的移动速度而改变的。想像一辆在车窗上贴着“待售”标牌并以55英里的时速行驶的汽车。

一个站在路边的人将看到一辆车飞驰而过，车窗上的标记模糊成一片。
而一个在旁边同样以55英里时速行驶的车上的人就可以将头探出车窗并将标牌上的电话号码抄下来。
但另一个以同样时速却往反方向行驶的人甚至连标牌都看不到。

我们对于物体移动速度的观测结果是依赖于物体与我们自身移动速度的差值的。

静止站立的人看到的车速是每小时 55 英里。
每小时 55 英里(标牌) - 每小时零英里(人) ＝每小时 55 英里。

在同样速度的车上的人看到的车速是零。
每小时 55 英里(标牌) - 每小时 55 英里(汽车) ＝每小时零英里

往反方向行驶的车上的人看到的车速是每小时 110 英里。
每小时 55 英里(标牌) - (反方向)每小时 55 英里(车) ＝每小时110英里。

因此，科学家们认为，因为地球是在围绕太阳运行，如果我们沿不同方向测量光的速度，将得到不同的结果。1895 年，阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷进行了这个实验，并且出乎意料地末能发现光在不同方向的传播速度有任何的差异。

阿尔伯特·爱因斯坦在 1905 年解释了这个现象，他认为不同于车的速度，光的速度是恒定的，不会随观察者的移动而变化。换句话说，即使你跑得非常快，你也无法追上光。爱因斯坦的狭义相对论中第一条定律就是光速是恒定的，完全不依赖于观测者及光源的速度。

爱因斯坦也认识到虽然对于同一件事物，不同的人会有不同的看法(比如上面待售车速度的例子)，但物理学的法则一定对于所有观测者都是相同的。做同样的实验，火车上的人和教室里的人一定会得到同样的结果。如果不一样，那人们对于自然界的解释将依赖于他们自己的行为，但自然界就是自然界，它不会因为有谁在观察它而表现出什么不同的行为。因此，爱因斯坦的狭义相对论中第二条定律就是物理学的法则并不依赖于观测者的运动，除非观测者的速度有变化。

狭义相对论的原理：

光速是恒定的，完全不依赖于观测者及光源的速度。
物理学的法则并不依赖于观测者的运动，除非观测者的速度有变化。

如果这两条定律都是正确的，爱因斯坦认为运动将会对距离和时间产生影响。设想有两个人在观察一束光。对于静止站立的人，光速是每小时 18.6 万公里；对于在以 10 万英里时速飞行的太空船中的人来说，光速仍将是每小时 18.6 万英里。但是这又怎么可能呢？除非空间和时间都不是绝对的！

按照爱因斯坦的理论，运动中的物体在比它静止时来得短。类似地，运动中的时钟跳得比静止的时钟更慢。实际上，爱因斯坦推断空间和时间可以精确得描述为一个整体 - 时空。

之所以在日常生活中我们没有注意到这些奇怪的变化是因为地球上物体的移动速度都远远小于光速，因此这些效应显得非常的微弱。虽然这些想法听上去相当奇怪，但不断有新的科学证据被发现可以验证爱因斯坦的理论。