万维钢讲，“物理学是看破红尘的学问”。“作为一个现代人，如果不理解爱因斯坦的相对论，你就错过了这个世界最精彩的东西，一旦理解了相对论，你就不再是以前的你，你再也回不去了。”

光速不变

伽利略和牛顿力学是最早的相对论，指：在惯性（匀速直线运动或静止状态）坐标系下，力学的物理特性是一样的。

匀速直线运动和静止没有本质区别，速度是相对的。天才麦克斯韦通过数学推理建立了麦克斯韦电磁学方程组，通过求解，可以知道电磁的传播速度就是30万公里每秒，于是预言了光也就是电磁波。

既然是波，就应该有介质，就如声波介质是空气，水波介质是水，波是能量和信息传递，但需通过介质。光在宇宙间传播，于是科学家们设想了宇宙中充满一种物质叫以太。

结果任何实验都证明，宇宙中没有以太。这使得物理学面临着一次巨大的危机。（开尔文男爵所说的物理学天空中两朵乌云的第一朵）18年后、拯救危机的人长大了，1905年，即中国的光绪年间，爱因斯坦26岁。这一年也叫爱因斯坦奇迹年。

这一年爱因斯坦发表了6篇革命性论文，其中《论运动物体的电动力学》——就是狭义相对论，得出了断言和结论：一切匀速直线运动或静止的坐标系下，物理定律都是一样的。这就是相对性原理。

物理定律不光是力学（伽利略的相对论），也包括电动力学都是一样的，那就解出了光速自然也一样，都是每秒30万公里，我们给个常数叫c。不管在哪个惯性坐标系下，光速都是c。光速不变是包含在这相对性原理里的。这是爱因斯坦的假设和断言。也就是你不管是在地面静止不动，还是飞机火车轮船上行驶，或者你在以接近光速运行的飞船上，你看到一速光，它的速度永远都是c。

相对论下的时空观

相对性原理和光速不变，推导出了和我们经验认知完全不同的时空观：

1、时间会膨胀。运动物体的时间会变慢。

2、运动中，长度会收缩。

3、速度越大，质量越大，一切有质量的物体不可能达到光速。

形象点说：运动会让你变年轻（时间膨胀），变瘦（长度收缩），变结实（质量变大）时空并不是一个客观的，不变的大舞台，每个坐标系都有自己的时空数字。但是，每个做匀速直线运动的坐标系内部，所有的物理方程都是一样的。（坐标系可以理解为“视角”）

质量和能量是一回事

9月26日，爱因斯坦发表了《论运动物体的电动力学》（狭义相对论），9月27日则提交了下一篇有关狭义相对论的论文《物体的惯性和它所含的能量有关吗》，它由速度越大质量越大，推导出了一个我们做梦都想不到的事实：E=mc（平方）爱因斯坦告诉我们：质量和能量是一回事。（后来有了原子弹，如果未来可控核聚变实现，每年用上几克原料就够一个城市一年的电量）

看破红尘后的宇宙

下面该进入广义相对论了。

先说结论：在所有坐标系下（包括有加速度的坐标系），物理定律都是一样的。这就是广义相对性原理。

1、一个有质量的物体，会弯曲它周围的时空。这叫“物质告诉时空如何弯曲”。

2、在不受外力的情况下，一个物体总是沿着时空的测地线运动（惯性运动）。这叫“时空告诉物质如何运动”。

爱因斯坦通过等效原理断言，加速运动和静止也没区别（伽利略和牛顿告诉我们匀速直线运动和静止没啥区别）。引力是个幻觉。这里不需要引力。所谓引力，是大尺度才能看出来的时空弯曲。如果你能接受时空尺度是相对的，你就能接受狭义相对论，如果你能接受时空可以弯曲，你就能接受广义相对论。

最后从另外角度解释下：

1、相对论是对牛顿力学的修正，牛顿力学是相对论的低速状态。引力是牛顿的发明，是大尺度时空的表现形式。

2、狭义相对论是在惯性系或者说匀速直线运动坐标系，或者说是平直时空中。而广义相对论是在非惯性系（考虑加速度）或者说弯曲时空。世界上没有绝对的惯性系，所以说狭义相对论是广义相对论的理想形式。

3、相对论是简单的，简单的东西可以非常深刻。广义相对论背后的数学是黎曼几何，爱因斯坦在数学家的帮助下，最后得到引力场方程。

爱因斯坦的遗憾和孤独

爱因斯坦用引力场方程求解宇宙，他发现宇宙是不稳定的（膨胀或者收缩），他心软了，他不愿意宇宙也像人一样，生命终有尽头。他最终给方程加了一个宇宙常数，来保持宇宙的稳定性。他错过了发现宇宙膨胀的机会。

爱因斯坦是量子力学的开创者（光电效应——能量是一份一份的），但广义相对论和量子力学存在根本矛盾，广义相对论认为认为时空是连续的，只要选定了坐标系，位置和速度就都是唯一的，可求解，物理定律可以计算一切运动。而量子力学正好相反，在量子力学的世界里，我们只谈概率，物理学再精确，也不可能对他做出预言。爱因斯坦不会坐视这个矛盾，他想再次开拓疆域，得到一个统一理论，告诉世人宏观和微观是一回事。一直到1955年，爱因斯坦离世，他也未能做到......