相對論這個主題，在我向大家普及科學知識的旅程中佔據著至關重要的位置，我也曾多次對其進行過科普。今天，咱們換一種方式，通過講述一個故事，我將盡可能用平易近人的語言，向大家描繪狹義相對論的前因後果。

故事得從電和磁的探索之旅講起。

眾所周知，法拉第在將近兩百年前就揭示了電磁感應現象。其實在那個時候，科學家們就已經覺察到電與磁之間肯定存在某種聯繫，只不過在短時間內，他們還沒能弄清楚這兩者間的確切聯繫。

後來，我們都得知了那位傑出的科學家麥克斯韋，提出了卓越非凡的麥克斯韋方程組，把電和磁完美地統一在了一起，自那以後，電與磁便成了一家人。

麥克斯韋方程組的神奇之處究竟在哪裡？說它是人類有史以來最優美的方程組，絕對不為過。

麥克斯韋方程組將電與磁之間的相互轉化規則闡釋得淋漓盡致，如此完美的方程組，自然受到了整個物理學界的喜愛，而愛因斯坦也是其中之一，他對這組方程式愛不釋手。

自古以來，愛因斯坦對光有著特殊的偏愛，而光實際上是一種電磁波，電磁波的種種自然歸麥克斯韋方程組所管，這也正是愛因斯坦如此鍾愛麥克斯韋方程組的原因所在。

麥克斯韋方程組能推導出電磁波的傳播速度，也就是光速。在這個公式中，光速是一個常數，只與真空中的磁導率和介電常數有關，而這個公式里並沒有提及到任何參照系！

這給愛因斯坦帶來了靈感，當其他物理學界大咖們還在尋找參照系“乙太”以解釋光速時，愛因斯坦卻大膽提出了一個觀點：為何我們一定要尋找光速的參照系呢？如果光速本身就是絕對的，不需要任何參照系，那我們何必苦苦追尋那個未知的乙太呢？

於是，愛因斯坦大膽地提出了光速不變原理。

這裡要糾正一個普遍的誤解：許多人認為邁克爾遜莫雷實驗證明瞭光速不變，實際上並非如此，該實驗最多只能說明乙太不存在，甚至面對實驗結果，邁克爾遜和莫雷本人都不願相信乙太真的不存在，他們更願意相信實驗出錯了，因為他們心裡清楚，如果乙太真的不存在，就意味著牛頓力學體系將轟然倒塌，這是他們無論如何都難以接受的。

既然邁克爾遜和莫雷都不敢相信“乙太不存在”的結果，他們當然更不可能去思考“光速不變”的可能性！

當然，這個實驗確實出現在愛因斯坦提出狹義相對論之前，或許在某種程度上又給了愛因斯坦新的啟發，讓他更堅信乙太確實不存在，並加速了他提出光速不變原理的步伐。

那麼，光速不變原理具體是指什麼呢？

當然不是指“光在真空中的速度是每秒30萬公里”，而是指在任何運動狀態，相對任何參照系，光速始終保持不變。換句話說，光速是絕對的，與其他任何速度相加后依然是光速。

舉個例子你就明白了。

假設我靜止在地面上，打開手電筒筒筒，射出一束光。在我開啟手電筒的那一刻，你以0.9倍光速去追那束光，在你看來，那束光的速度應該是多少呢？

按照我們傳統的速度疊加法，應該就是0.1倍光速。但實際情況呢？那束光的速度仍舊是光速。也就是說，不管你的速度有多快，在你看來，那束光的速度始終保持光速不變，就是這麼霸道。

這就是所謂的光速不變原理。除了這個原理之外，還有一個相對性原理，簡單說就是在慣性系中，物理定律是相同的。具體該如何理解呢？

我們再舉個例子。

我正在跑步，速度是每秒5米，而你站在地面上不動。假設此時整個宇宙只剩下了我們倆，那麼我們兩個到底誰在動？

在你眼裡，我在動；在我眼裡，你在動。為了弄清到底誰在動，我們需要這樣表述：我相對於你的速度是每秒5米。

這樣的表達方式很容易理解，這在初中物理課上就學過了吧。但是，當“乙太”的概念出現后，情況就不同了。

以太，是絕對時空觀的產物，人們認為空間是由乙太構成的，空間裡充滿了乙太，只是我們看不見也摸不到。所謂的靜止和運動，都是相對於空間或者說乙太而言的，換言之，乙太是絕對靜止的參照系，這個參照系超越了其他所有的參照系。

於是，剛才的“我相對於你的速度是每秒5米”，就變成了“我相對於空間的速度是每秒5米”。

然而，問題在於乙太這個概念是假設的，需要實驗來驗證，而經過多次實驗，並沒有找到乙太存在的證據，如著名的邁克爾遜莫雷實驗。

不過，由於絕對時空觀在當時物理學界根深蒂固，沒人敢否定乙太的存在，最終還得靠愛因斯坦這位科學巨匠，直接用“奧卡姆剃刀”原理將乙太剔除。

愛因斯坦認為，所有慣性系都是等價的，沒有哪個慣性系是特殊的。在慣性系中，所有物理定律都表現出相同的形式，這就是相對性原理。

實際上，相對性原理在我們日常生活中無處不在。經常乘坐火車的朋友們可能會有這種體驗：如果火車啟動很慢，你甚至可能意識不到火車已經開動了，反而覺得是另一列火車開動了，還是覺得火車一動不動，你此時的感覺與靜止在地面上的感覺沒有什麼不同。

也就是說，在一列勻速直線行駛的火車上，與你靜止在地面上的體驗是一模一樣的，在這兩種慣性系下所做的所有物理實驗都會得到相同的結果。

正是在光速不變原理和相對性原理的基礎上，愛因斯坦提出了狹義相對論。實際上，這兩大原理都是假設，而狹義相對論就是建立在這兩個假設之上的。當然，這兩大假設並不是隨意就能想出來的，它們首先必須是自洽的，而且還需要通過實驗的驗證。

有了這兩大原理，我們就能很容易地推導出狹義相對論體系中的公式，例如時間膨脹效應公式和尺縮效應公式等等。

其實，我們還可以換一個角度去理解為何時間會膨脹，空間會收縮。由於在任何運動狀態下觀察到的光速都保持不變，這意味著某些事情肯定發生了變化，否則光速不可能保持不變。

比如，你以0.99倍光速在移動，而我靜止在地面上，我們看到的同一束光的速度竟然是相同的，如果沒有其他東西發生改變，這是不可能發生的。

到底什麼東西發生了變化呢？由於速度與時間和距離（空間）有關，發生變化的自然是時間和空間。具體而言，儘管你的速度很快，達到了0.99倍光速，但你的時間和空間也會隨之變化，它們會根據你的速度不斷調整，以確保你看到的光速始終是光速！

這就是狹義相對論的內容，其實並不複雜。如果你瞭解了狹義相對論的前世今生，你會發現它其實非常簡單。