叠代版本：194

本文，首先将會，分别從狹義與廣義相對論的角度，來解讀時間膨脹的機制和原理，其中穿插着相關實驗的驗證，和思想實驗的分析。

接着，會從微觀角度的圖景，去統一時間膨脹在狹相與廣相中的不同。

最後，會從光速角度去看待，時間、信息、以及狹相之間的關系。

主題目錄如下：

• 時間膨脹
• 狹相中的時間膨脹
• 鐘慢效應
• 尺縮效應
• 鐘慢和尺縮的相對性
• 廣相中的時間膨脹
• 狹相與廣相結合的時間膨脹
• 加速度的不對稱性
• 雙生子佯謬
• 微觀角度的時間膨脹
• 光速不變原理
• 從不同角度看光速不變
• 時間靜止
• 超光速
• 結語

時間膨脹

時間膨脹，就是時間會變慢，也就是時間的流逝速度會變慢，而我們的時鐘記錄的，其實并不是時間的流逝速度，而是在時間流逝速度下經曆了多少時間，即時間流逝量。

于是，時間變慢，最終就會讓積累的時間變少，也就是時鐘的記錄信息減少，也稱為——鐘慢效應。

而在狹義與廣義相對論中，已經明确給出了，可以産生時間膨脹的原因和路徑，并且都經過了實驗的證實。

狹相中的時間膨脹

雖然，狹相可以處理加速度（切換參考系獲得變速），但這裡不考慮有加速度的情況，所有的運動都是指勻速運動。

勻速運動——隻有勻速直線運動，勻速圓周運動加速度不為0，不是勻速運動。

那麼在狹相中，速度越快時間越慢。

通俗的來說，就是如果我們測量一隻，運動的時鐘——向着我們遠離或靠近都可以，就會發現動鐘的時間變慢了，而如果我們以同樣的速度，和動鐘一起運動（即相對靜止），那麼此時，動鐘的時間就不會變慢。

這裡有兩點需要注意：

第一，就是動鐘的速度需要抵達光速的10%（即每秒3萬公裡），時間膨脹才會比較明顯，即時鐘計時變慢的比較明顯。

第二，就是動鐘并不是“普通時鐘”，而是“放射性衰變時鐘”，因為放射性物質包含着一個完全确定的時間标尺——就是它的半衰期。

鐘慢效應

這個相對運動使時間變慢的現象，就是狹相中的——鐘慢效應，且早已被各種實驗所證實——例如，渺子（μ子）實驗：

渺子是一種輕子，其半衰期為2.2微秒，地球上可以觀察到來自宇宙的，速度接近98%光速的渺子——這就構成了相對地球高速運動的時鐘。

接着，我們測一下高山上渺子的密度，再測一下地面上渺子的密度，按照渺子的半衰期時間計算，渺子在地面上應該已經衰減一大半了，因為從山頂到地面的時間——已經是渺子好幾個半衰期的時間了，但經過實驗發現，地面上渺子的衰減數量要少的多。

這是為什麼呢？

原因就在于，從地面的觀測角度來看，渺子的高速運動，讓其出現了——鐘慢效應，也就是半衰期變長，所以才會有更多的渺子，出現在了——本來不應該出現在的地面。

尺縮效應

如果認可了時間和空間，是不可分割的時空，那麼顯然，時間上的鐘慢效應，也會讓空間上，同時出現某種效應，這就是——尺縮效應。

尺縮效應——是指相對運動的物體，其運動方向上的長度，要短于其相對靜止的時候，也就是長度收縮，并且運動速度越快，長度越短，但在其垂直運動方向上的長度不變，因為垂直方向上沒有相對運動（後面會談到，這種結果，表明尺縮是觀測效應）。

那麼，物體的長度與空間，有什麼關系呢？

這其中的奧秘就在于，我們如何知道物體的“長度”——其實，就是必須同時獲得物體兩端的空間位置，從而才能計算出物體的長度，所以，長度其實就是我們觀測到的空間性質。

但，我們又如何“同時”獲得不同的空間位置呢？

試想，一個物體的長度超過一光秒，在一秒之内，我們必然無法同時獲得物體兩端的空間位置，因為位置信息需要一秒以上才能獲得。

由此可見，長度與時間也有着直接關系，所以長度其實是時空的性質，而時空的特性就是——時間變慢，空間就會縮短，前者就是鐘慢，後者就是尺縮（後文會解釋為什麼）——并且，沒有時間，就沒有長度，或說沒有距離，客觀上也沒法測量。

這裡需要說明的是，并沒有實驗直接證實了尺縮效應的物理存在。也就是說，并沒有實驗觀測出，物體在運動狀态下，其運動方向上的長度會收縮。當然，也沒有實驗證明尺縮效應不存在，而是沒有設計相關實驗。

實際上，鐘慢與尺縮效應在數學上（洛倫茲變換），是相互依存的等價關系，也就是說一個成立，另一個就必須成立，要麼都成立，要麼都不成立。因此，如果實驗證明了鐘慢效應，那麼尺縮效應在邏輯上，就是不證自明的。

曆史上，洛倫茲首先推導出了長度收縮公式，并提出了長度收縮假說，即物體會在運動方向上收縮，導緻其密度增大。

那麼，鐘慢效應都被實驗證實了，為什麼尺縮效應，沒有設計試驗去驗證呢？

這就要說到，時間膨脹的相對性。

鐘慢和尺縮的相對性

在狹相的視角下，時間膨脹是相對的，也就是說，鐘慢和尺縮是相對的。

意思就是：相對運動的雙方，以各自的視角來看，都是對方鐘慢尺縮。因為在相對運動中，可以把任意一方看成靜止，另外一方在運動，而運動速度決定了鐘慢尺縮的程度。當然，如果相對靜止，則雙方都沒有鐘慢尺縮。

由此可見，如果我們切換參考系，就會得到不同的相對速度。于是，這就會得到一個重要的結論——就是切換參考系，會帶來時間和長度的變化，即時間和長度的跳變。

事實上，這種相對性表明，鐘慢尺縮——是相對運動産生的觀測信息的變化，而不是物理實質的變化。

關于這點，愛因斯坦曾說過：“長度縮短，是由于測量者處于不同參考系引起的，不是實際的縮短。”——用幾何語言來說，就是坐标系的轉換，所帶來的坐标數值的變換。

那麼，其物理原因就在于，觀測信息的傳遞，本身需要時間，而運動影響了觀測信息的傳遞，然後我們又會用觀測到的信息（其中含有觀測傳遞消耗的時間），來計算時間及長度。

這個信息轉換的過程，從數學上來看，就是切換參考系（換系），需要用到洛倫茲變換，而通過公式我們會發現，把一個參考系的時間和長度，轉換到另一個參考系的時候，就會産生鐘慢尺縮的計算結果，因為公式計算中，時間與長度的值——是相關于速度與光速的比值的。

洛倫茲因子——1 / sqrt(1 - (v/c)^2)，v是相對速度，c是光速。可見，速度越接近光速，分母越小，洛倫茲因子越大，如果速度無限接近光速，洛倫茲因子則無窮大，而換系的時候，我們需要把靜系（自身參考系）的時間乘以洛倫茲因子，長度除以洛倫茲因子，長度就可能無限小。

顯然，光速是信息傳遞的極值（參看後文，光速不變原理），相對速度影響了被測信息的傳遞，被測信息決定了時間與長度。

那麼，一切就很清晰了：如果物體抵達光速，光速無法追上光速，被測信息就無法産生并傳回，這相當于時間慢到靜止，長度短到不存在，而速度逼近光速的過程，就是時間與長度逼近靜止與不存在的過程。

對于相對性，還有一個作用，就是可以讓鐘慢實驗“反過來”——可以證明尺縮效應。

還是那個渺子實驗，上次我們解讀的視角是，地面靜止，渺子高速向地面運動，得到的結果是渺子鐘慢；這一次我們利用相對性，換一個視角，把渺子看成靜止，那麼就是地面在高速向渺子運動。

于是，地面包括整個地球都會在運動方向上“收縮”——結果整個運動路徑上的空間都會縮短（長度是空間的觀測性質），因此渺子就會存在于更加靠近地面的地方，而不是提前衰減消失。

由此可見，為什麼沒有實驗，直接去驗證尺縮效應？

• 一方面，是因為驗證實驗難以設計——這需要把宏觀物體加速到，相對論效應顯著的速度，即：大于10%的光速。
• 另一方面，是因為證明鐘慢就等價于證明尺縮了。這就像在數學上，存在一個無法直接構造證明的命題，卻可以通過反證法證明，接着人們對直接構造證明這個命題，也就失去了興趣。

最後，如果時間膨脹是絕對的，會怎麼樣呢？

這時，時間變慢就會積累到原子鐘的信息記錄之中，也就是讓微觀粒子的運動變慢，即半衰期變慢，從而無論是相對運動，還是相對靜止，原子鐘都會出現鐘慢結果——這代表着粒子運動減慢的信息，體現在了半衰期之中。

也就是說，如果我們能夠和渺子相對靜止，此時渺子的半衰期還是變慢，這就說明了渺子發生了絕對時間膨脹。

事實上，如果渺子經過強引力場附近，就會産生絕對時間膨脹，即：它的半衰期會變慢。

廣相中的時間膨脹

在廣相中，引力質量會讓時空彎曲，時空彎曲意味着時間和空間的幾何結構，一起“被拉長”（即幾何畸變），因此時間也就變慢了，所以引力質量越大，時空越彎曲，時間就越慢。

引力質量——就是物體相互之間吸引力大小的度量。

而等效原理指出，引力質量等效于慣性質量，所以慣性質量越大，等效的引力質量就越大，那麼時間就會越慢。

慣性質量——就是物體改變運動狀态的難易程度的度量。

那麼，當物體有加速度的時候，改變其運動狀态更難，這相當于增加了慣性質量。所以，加速度等效慣性質量等效引力質量，即：加速度越大時間越慢。

例如，水平拉動一輛車，需要克服其慣性質量，但如果車有反向加速，此時就需要付出更多的力才能拉動，效果上就像慣性質量變大了一樣。

需要注意的是，如果車反向受力沒有加速度，或反向有速度沒有加速度，此時也需要付出更多的力才能拉動，但并沒有增加慣性質量，因為沒有加速度，微觀粒子的狀态就沒有變化。

而換個角度來看，在局域加速場與引力場等效，因此在局域，加速度越大引力場越強，所以時間越慢。對此，弦理論專家——布賴恩·格林（Brian Greene）在《宇宙的琴弦》一書中，說道：

“愛因斯坦證明了，在所有加速運動的情形中，空間都是彎曲的。實際上，加速運動不光導緻空間彎曲，也導緻類似的時間彎曲。（曆史上，愛因斯坦先關注的是時間彎曲，然後才發現空間彎曲的重要性。）……我們看到，在旋轉的環上，大的加速度是與緩慢的鐘聯系在一起的——就是說，加速度越大，時間彎曲越強烈。”

需要指出的是，加速度與引力，隻是在局域（即小尺度，如電梯飛船）上等效，在全域（即大尺度，如地球範圍）上并不等效（隻是近似）——因為加速場是均勻的，而引力場是不均勻的，這種不均勻，在小尺度上近似均勻，但在大尺度上會體現出差異性，如隻有引力場才能産生潮汐力。

另外根據，有速度有質量，就有動能（E = mc^2(γ - 1)，γ是洛倫茲因子），動能即是能量，能量等價質量（E = mc^2），但此時動能轉化的質量為——“動質量”（mγ - m），這是相對運動的産物，即與參考系選擇有關，所以無法等效于引力質量。

動質量——是運動的動能，所等價轉化的質量，所以其實是能量。相對論動能公式是：E = mγc^2 - mc^2，m是質量，γ是洛倫茲因子；在v << c時，E = mv^2 / 2（泰勒級數近似）。動能等價的動質量是：E / c^2 = mγ - m = m(γ - 1)，速度不為0，γ大于1。

我們可以粗略地把質量——看成是加速度的效果，即運動趨勢的度量；而動質量——是速度的效果，即相對運動的度量。

因此，沒有加速度，隻有相對速度，就沒有質量，隻有動質量。

那麼，對于勻速運動，無論速度有多快，即動質量有多少，都無法引起時空彎曲，産生引力效應（即引力是彎曲的效應），并讓時間變慢——不要忘了，動質量與參考系選取有關，并不是絕對的存在。

相對論質量——是動質量與質量之和，是測量相對運動時的質量，即：mγ（相對論質量） = E / c^2（動質量） m（質量），E是相對論動能，m是質量，γ是洛倫茲因子。

注意：“相對論質量”不用于粒子物理，在狹相中使用“相對論能量”代替，也稱為“總能量”，而“靜質量”或“不變質量”通常優于“靜能量”。

這從另一個角度解釋了，如果沒有質量，隻有能量（E = hv，h是普朗克常數，v是頻率）——比如光子（無法有加速度），隻有能量轉化的動質量，是不能夠産生引力質量的——這表明，光子不能讓時空彎曲，産生引力效應與時間膨脹。

理論上，光是一種電磁波（宏觀），電磁波是電磁場的一種運動形态，而電磁場又具有非零的能動量張量，将其代入愛因斯坦的場方程，就可以求出電磁場産生的時空幾何變化，從而産生時空效應。但在實際中，引力實驗的精度，還無法測出電磁場的引力效應。

事實上，一個光子和很多個光子，是非常不同的兩種情況，前者的個體狀态信息是概率的疊加，而後者具有确定的整體狀态信息。

從另一個方面來看，目前的理論（相對論與量子力學）還無法在微觀描述引力，而光子是微觀模型（小尺度），電磁場是宏觀模型（大尺度），引力效應是從微觀不存在，到宏觀存在的湧現。

甚至，沒有質量的光子，也不存在時間，即時間不再流逝，相當于時間靜止。

因為，沒有質量（即沒有慣性質量和引力質量），就沒有了阻力（慣性力），速度就可以抵達光速——此時，速度抵達最大極值，時間慢到最大極值，相當于時間慢到無限接近靜止。

由此可見，時間與質量相關，結合原子鐘的半衰期來看，時間的快慢——就是微觀有質量粒子的運動快慢，即：時間越快，微觀粒子的運動越快，時間越慢，微觀粒子的運動越慢。

那麼與狹相不同的是，在廣相中的時間膨脹，不是相對的，而是絕對的。意思就是說，時間變慢了，無論在哪個參考系觀測，哪怕相對靜止（有一方靜止在引力場中），時間都是變慢了。

要知道，時間記錄的是——時間流逝量，那麼絕對時間變慢——就是時間流逝無關參考系的觀測，以相同的速度變慢；而相對時間變慢——就是時間流逝對于不同參考系的觀測，以不同的速度變慢。

例如，在狹相中，相對靜止時間流逝不會變慢；但在廣相中，相對靜止，但有一方處在引力場中，那麼在引力場中一方，時間流逝依然變慢。

而從微觀角度來看，絕對時間變慢——就是微觀粒子的運動（半衰期）變慢；相對時間變慢——就是微觀粒子的運動（半衰期）并沒有變慢，但在不同參考系觀測下，相對變慢。

最後，關于理論的驗證，在現實中，廣義相對論所預言的引力時間膨脹——引力紅移，已經被天文觀測所證實。

引力紅移——是在強引力場中，天體發射的電磁波波長變長的現象。

那麼，引力紅移的時間意義就是：

• 靠近強引力場，光振動介質（電磁場）的密度變大，導緻其振動頻率變快，波長變短（藍移）——看引力場之外的一切會變快。
• 遠離強引力場，光振動介質（電磁場）的密度變小，導緻其振動頻率變慢，波長變長（紅移）——看引力場之内的一切會變慢。

狹相與廣相結合的時間膨脹

由前文可知，相對運動，即産生了相對速度，這會産生——狹義相對論的時間膨脹；而有引力質量和慣性質量，即産生了加速度，這會産生——廣義相對論的時間膨脹。

其中，狹相的時間膨脹——是相對的，相對靜止後，時間膨脹消失；廣相的時間膨脹——是絕對的，相對靜止後（仍有一方靜止在引力場中），時間膨脹不消失。

那麼，如果是變加速度運動，則就會産生變化的慣性質量，于是時間流逝速度也會随之變化；而如果處在引力場附近，時間流逝速度就會恒定，但流逝速度會與引力場之間的距離相關，即：越靠近引力場時間越慢，反之越快。

事實上，在現世界之中，從相對靜止到産生相對速度，都必須經曆加速或減速的過程，這就會關系到廣義相對論，産生絕對的時間膨脹。

然而，有一種情況，始終保持相對靜止，也可以産生時間膨脹，就是有一方被引力場靠近，但雙方都沒有相對運動，此時雙方的時間就會不同。

接下來，看一個現實世界的實驗：

把铯原子鐘（每2000萬年誤差1秒），放到飛機上高空飛行一段，然後回到地球，對比地面上的铯原子鐘，發現飛機上的铯原子鐘，時間變快了。

這是因為，飛機上的铯原子鐘，遠離地球，也就是遠離引力場，其時間膨脹要小于地面。于是，飛機上铯原子鐘的時間流逝變快，這種變快會被時鐘記錄下來，等到回到地面的時候，時鐘記錄的信息就會因為——變快的積累效應，明顯的多于地面铯原子鐘的記錄信息。

需要注意的是，飛機上的铯原子鐘，飛行的時候對比地面，有相對速度，就會有狹相的時間膨脹，但等到飛機回到地面的時候，這個狹相的時間膨脹就恢複了，于此同時廣相的時間膨脹也消失了——因為兩個鐘都在地面上了，此時兩個時鐘的時間流逝速度，恢複到了一樣。

隻不過，在飛機上的時候，廣相的絕對時間膨脹，被積累進入了時鐘的記錄信息，而狹相的相對時間膨脹卻沒有，因為狹相的時間膨脹需要——觀測相對運動才能體現出來。

最後，來看一個狹相與廣相結合的實際應用：

全球定位系統（GPS），需要衛星時鐘與地面時鐘進行校準，這時候，衛星時鐘會因為遠離地面（遠離引力場），而時間膨脹小于地面，即時間流逝變快，但又因為衛星在軌道上相對于地面高速運動，而時間膨脹大于地面，即時間流逝變慢。

可見，在這種情況下，狹相的相對時間膨脹，因為需要觀測衛星與地面的相對運動，所以需要被計入時間的校準計算。那麼此時，狹相與廣相結合起來的計算數值，才是最終衛星校準地面的數值。

事實上，如果不同時進行這兩種時間膨脹的校準計算，那麼GPS每進行12個小時的定位計算，結果就會出現大約7米的偏差。

加速度的不對稱性

首先，勻速運動是相對的，并具有對稱性，即：速度是相對的，并具有對稱性。

也就是說，勻速運動的雙方，在彼此眼裡的運動狀态是相同的，而切換相對的視角，就是參考系的切換（即換系），遵循洛倫茲變換，其結果會産生相對的鐘慢尺縮。

其次，力是絕對的，不具有對稱性。

因為力是相對于宇宙的，而不是相對參考系的。這可以理解為，力的作用是改變自身的運動狀态，而自身的運動狀态，在微觀是和宇宙場相關的，即：力是相對于宇宙場的。

所以，A受力有加速度B靜止，并不等同于，A靜止B有相對加速度。因為A受力是相對宇宙場的，而B相對宇宙場始終不受力。所以，A會産生絕對時間膨脹，B則不會。

可見，在受力的時候，AB的時空效應——具有不對稱性，且受力就會有加速或減速，這都是在和宇宙場相互作用，從而就會産生絕對時間膨脹。

而這個不對稱性，也可以從等效原理看出，即：

隻要我們把加速度用引力場替換，那麼擁有加速度的觀察者（現在處在引力場）就是相對靜止的，但與沒有加速度的靜止觀察者相比，它顯然具有不對稱的引力場。

那麼，受力産生的加速度——就是絕對加速度，不受力産生的加速度——就是相對加速度。

而隻有絕對加速度，才具有不對稱性，并且區别相對與絕對加速度的方法，就是在參考系中進行力學實驗，檢測物體在參考系中，是否能夠保持慣性狀态。

例如，兩個有相同加速度的飛船，它們之間沒有相對加速度，但它們都有絕對加速度，并會産生絕對時間膨脹，此時兩飛船相對來看，是相對靜止的，不會認為自己和對方有加速度，但在飛船中進行力學實驗，就可以測出加速度。

事實上，絕對時間膨脹是受力的産物，但這個力不能是赝力（假想力）的産物，如慣性力産生的加速度，就不具有絕對時間膨脹——因為此時物體依然保持慣性狀态，其加速度是相對于參考系的相對加速度，即參考系受力産生的絕對加速度。

然後，加速度其實可以分解為，無加速度的換系。

其原理就在于，把加速度分解成無窮多個，瞬時速度的組合，此時這些瞬時速度所在的參考系，沒有受力沒有加速度，但每個參考系的速度都不同。

于是，加速度運動，就可以看成是，在這些參考系之間的切換，即不停的換系。而每次換系，相對速度都會變化，應用洛倫茲變換，就會産生鐘慢尺縮，即産生時間跳變。

那麼，在此視角下，就是去除了加速度，隻剩下了一系列的相對速度。而經過不斷換系之後，時間跳變都會積累起來（不同參考系，正值或負值），以讓有加速度的一方，得到不對稱的——絕對時間膨脹。

這背後的意義就在于，換系會産生不同的相對速度，這在曆史變化中，就一定出現過受力與加速度，否則一切都是相對靜止的。而之所以，換系會帶來時間跳變，這其實反應了——宇宙場的曆史變化，即受力有加速度。

最後，從微觀角度來看，質量就是宇宙場自發對稱性破缺的産物——不具有對稱性，這呼應了力和加速度的——時空不對稱性，而絕對時間膨脹則對應了物質的——微觀絕對變化。

因此，有相對時間（相對速度帶來的相對變化），也有絕對時間（加速度帶來的絕對變化），并且時間的絕對變化會映射到時空上，從而時空是絕對的。

時空的絕對變化，對應到幾何圖像上，即是加速度在時空中的軌迹線，其形狀會存在曲線（如螺旋或彎曲），而不是直線——因為加速度産生絕對時間膨脹，時間絕對變慢導緻時空軌迹出現曲線偏轉。

但需要注意的是，隻有相對空間，沒有絕對空間，因為光在空間中運動沒有參考系（即光速不變原理），這說明沒有絕對空間為光的勻速運動提供參考系。

雙生子佯謬

這是一個著名的思想實驗，概括起來就是：

雙胞胎哥哥在地球上，弟弟從地球出發，加速到接近光速，然後相對地球勻速運動兜一圈後，再減速回到地球，那麼此時弟弟就會比哥哥年輕，即待在地球上的哥哥要老。

這是因為，弟弟經曆了加速減速的過程（回到地球一定要掉頭），此時對應了廣義相對論的時間膨脹，即時間流逝變慢，會積累到弟弟的生物時鐘之中——也就是他的細胞衰老進程變慢，即年齡增長變慢——但弟弟肯定是無法感覺自己衰老變慢的，因為他的整個生物進程都變慢，包括了他的感覺和意識系統。

值得指出的是，生物體的時間變慢，隻是化學反應的變慢，因為細胞衰老隻在分子層面，也就是說，隻需要電磁力減弱，即原子分子中帶電粒子的運動變慢，就可以減緩分子相互作用——注意，電磁力增強，是不容易發生化學反應，不是反應變慢。

事實上，隻考慮狹相也是可以解釋的，此時弟弟加速減速都是瞬間完成，那麼就對應了換系産生的時間跳變，而這個時間跳變則會讓弟弟比哥哥更年輕。

需要指出的是，在換系之前，兩者的時間差異是相對的（即參考系相關），但在換系之後，時間差異就是絕對的（即參考系無關），即：換系對應的加速度帶來了絕對差異。

那麼，從幾何視角來看，在狹相的平直時空中，無加速度是一條直線，有加速度是一條曲線，而如果加速度是瞬間完成的則是一條折線，那麼在空間中，無論是曲線還是折線都比直線要長。

又因為在闵氏時空中，世界線 = 光速路徑 - 空間路徑——顯然在坐标系中兩點間的路徑（即連線長度），是與坐标系選取無關的不變量，所以世界線也是一個坐标系不變量——而空間路徑越長世界線就越短。

世界線——是指物體的時空運動軌迹，其幾何長度與坐标系選取無關，是一個坐标系不變量，由光速路徑減去空間路徑計算，所以空間路徑越長，世界線就越短。

也就是說，曲線或折線的世界線比直線要短，這意味着——世界線長度對應的時間（固有時）更少，即：有加速度的弟弟比哥哥更年輕。

固有時（Proper Time）——是指固有的時長，代表着靜系時間的流逝，也就是時鐘自身坐标系（即靜系）下時間的讀數，它是一個坐标系不變量，也就是在任何運動坐标系（即動系）下都一樣，其數值對應了世界線的長度，即：固有時 = 光速路徑 - 坐标時路徑。

坐标時——就是随着坐标系變化的時長，代表着動系時間的流逝，它是一個相對變化量，與固有時的關系是，坐标時路徑（動系） = 固有時路徑（靜系） * 洛倫茲因子（大于等于1），即：靜止時（洛倫茲因子等于1）坐标時等于固有時，速度越快（洛倫茲因子越大）坐标時路徑越長，也就是坐标時越小（坐标時 = 光速路徑 - 坐标時路徑），從而體現出相對的鐘慢效應。

最後，從更全局的視角上來看，無論是廣相還是狹相，都隻是從不同的角度，去描述同一個宇宙本質，所以它們必然可以對同一個物理現象，做出解讀，并得出相同的結果。

微觀角度的時間膨脹

從微觀角度來看，如果認可了時間就是“某種變化”的計量，那麼時間流逝速度就是——“某種變化”的速度，那麼自然，如果物質的“某種變化”速度不同，其對應的時間流逝速度，也就必然會有所不同。

事實上，如果沒有質量，也就沒有了物質變化，此時速度就會抵達光速（如光子），同時也沒有了時間——可以理解為時間靜止。

而如果有質量，那麼質量越大，時間變化就慢，質量越少，時間變化就快。這是因為，質量代表了物質内部的相互作用力，這個力影響了物質變化的快慢（如黑洞内部）。

以上結論，可以結合質能方程（狹義相對論）和普朗克公式（量子力學）得出，因為：

• 質能方程：E = mc^2（E是靜能量，m是質量，c是光速）
• 普朗克公式：E = hv（E是能量，h是普朗克常數，v是頻率）
• 如果普朗克公式中，限定E的範圍是靜能量，就可以推出：v = m * (c^2 / h)（c，h均為常數，v是靜頻率）

所以，靜頻率（v）是和質量（m）成正比的（c^2 / h是系數），而靜頻率——代表着靜止的周期，它反比于時間的“滴答”聲，即：反比于時間流逝的速度。

于是，質量越大，靜頻率越高，靜止的周期越多，時間流逝的越慢，反之質量越小，靜頻率越低，靜止的周期越少，時間流逝越快，而光子沒有質量（有動質量）、沒有靜能量（有動能），就沒有靜頻率，就沒有靜止的周期，所以就沒有時間的流逝，或說時間靜止。

綜上可見，時間計量的就是質量變化的積累信息——這也就是時鐘記錄的信息的本質。

那麼，這也對應了，質量越大、加速度越大（等效質量越大），時間就越慢——這就是廣義相對論的結論；而相對速度越快，等效的動質量越大，時間相對的就越慢——這就是狹義相對論的結論。

從此，我們可以看出，在狹相中，相對速度增加，并沒有增大質量，隻是增大動質量，所以，這種時間的膨脹效應，隻是相對的，而不是絕對的。

那為什麼會出現這種相對性呢？讓我們回到問題的發源地——時間代表的到底是什麼？

通過前面的論述可知，時間計量的是——質量變化的積累信息，所以其本質上是一種信息。

那麼，來到信息的視角上，我們就會發現一個關于信息的基本事實——那就是，信息的傳遞是不能夠超過光速的，因此信息的傳遞過程就一定是需要時間的。

同時，我們會發現，當我們測量時間的時候，其本質是在獲取——相關的變化信息（如粒子衰變信息）；而獲取長度，就是在獲取——物體兩端的空間位置信息。

顯然，我們獲取這些信息的過程，是需要時間的，并且個時間會因為，物體的相對運動而産生變化。

于是，由此可以判斷，相對運動無加速度，此時質量并沒有變化，時間膨脹——是信息傳遞時間帶來的效果，也就是說，相對運動，影響了測量信息的傳遞過程。

這很好的解釋了，為什麼相對靜止後，狹相中的鐘慢尺縮消失了——因為此時信息傳遞時間，不再受到相對運動的影響了。

所以，狹相中鐘慢尺縮的根本原因，就是信息傳遞需要時間。

而鐘慢與尺縮，相互等價協變，即時間變慢，空間就要變短，這是因為質量并沒有真正改變——從某種角度來看，時間變慢是質量變多，此時空間變短，就是在壓縮密度，以維持質量不變。

由此可見，狹相中的鐘慢尺縮，都是信息傳遞出“影像”，而廣相中的時間膨脹，是質量的絕對改變，所形成的絕對時間變慢。當然，這種絕對變慢，在觀測中，也可以被相對運動中的變快，所中和抵消掉。

那麼，讓我們再次回到，驗證了鐘慢與尺縮的渺子實驗，這次我們從微觀角度來解讀：

顯然，渺子的頻率不同，就會影響其半衰期，而不同的參考系，觀察到渺子的相對運動是不同的，相對運動不同，其體現的動能就不同（E = mv^2γ^2 / 2，v是相對速度，γ是洛倫茲因子），而不同能量影響了渺子的頻率（E = hv，h是普朗克常數，v是頻率）——最終影響了其半衰期。

最後，總結起來就是：

• 從狹相角度來看——時間與相對運動有關，不同的相對速度，有不同的時間。
• 從廣相角度來看——時間與絕對加速度有關，不同的加速度，有不同的時間。
• 從微觀角度來看——時間與微觀狀态有關，不同的微觀狀态，有不同的時間。
• 從時空角度來看——時空是不可分割的整體，時間空間的變化，具有絕對性。

光速不變原理

事實上，鐘慢和尺縮效應——是狹義相對論的直接推論和預言，而狹義相對論的基本出發點之一，就是光速不變原理——也就是說，狹義相對論直接使用了這個結論。

光速不變原理——是指無論在何種慣性系中觀察，光在真空中的傳播速度都是同一個常數，不随光源和觀察者，所在參考系的相對運動而改變。

這很有意思，通俗地來說，就是無論你以什麼樣的速度，追着光運動，相對于你來說，光速始終都是同一個常數。這是不符合宏觀速度矢量疊加原理的，也就是說，如果你以99.999999%的光速追趕光，在你看來，光依然以光速遠離你——這個光速依然是同一個常數。

那麼，如果你抵達了光速，光會相對于你靜止嗎？光會像波又像粒子一樣，懸停在你的面前嗎？

很可惜，狹義相對論認為，有質量物體，是永遠無法抵達光速的。

曆史上，光速是一個常數，是由麥克斯韋方程組得到波動方程，然後求解出的結果。但這個光速是相對于一個靜止的參考系的，即假想中的以太。

以太——是人們曾經認為的，在宇宙空間中充滿的一種看不見摸不着的物質，即空間介質。

接着，「邁克爾孫-莫雷實驗」證實——以太這種物質不存在，因為測量不到地球相對于以太參考系的運動速度。

但洛倫茲，相信以太還是存在的，他提出了長度收縮假說和洛倫茲變換，即引入了洛倫茲因子（又稱相對論因子），來說明以太可以運動，即長度可以收縮，從而抵消了光速在不同參考系觀察下的速度差，以符合「邁克爾孫-莫雷實驗」的結果——光速不變，但又讓以太存可以在。

事實上，洛倫茲認為洛倫茲因子，并沒有物理意義，隻是純數學的處理。

再接下來，愛因斯坦根據洛倫茲變換，提出了狹義相對論，并且他認為以太不存在，且光速不變，那麼隻有假定光速相對于任何慣性系都不變，同時洛倫茲因子本來代表的——以太的收縮，就被轉移到運動的物體上。

由此可見，鐘慢與尺縮，最初是來源于數學公式推導的結果，而不是對現實世界的物理思考。

同時，我們也可以看出，洛倫茲變換，并不能證明光速不變，反而洛倫茲變換是假定光速不變，才被推導出來的，接着鐘慢和尺縮又被洛倫茲變換推導出來。

所以，能夠證明洛倫茲變換、鐘慢和尺縮的就是——光速不變原理。

然而，光速不變原理——隻是一個基本假設，即公理，隻能由實驗保證。

從不同角度看光速不變

第一，光在不同介質裡的速度不同。

這可以從波粒二象性，兩個角度來解讀：

• 從粒子角度來說，是介質吸收了光子，發射出了新的光子，光子速度不變，且光子量子态全同前後沒有區别，但發射和吸收有延遲。
• 從波角度來說，是介質裡的粒子被擾動産生電磁波，于是産生了光波的疊加，造成光波的相速度變慢（相速度無法傳遞信息），但波前速度依然不變。

第二，信息傳遞不能超光速。

• 如果與光速物體同向運動，光速物體的信息無法超越光速，傳遞到非光速物體，因此非光速物體無法計算，光速物體相對于自己的速度——“隻得”假定其依然是光速。
• 如果與光速物體相向運動，光速物體的信息無法超光速，傳遞到非光速物體，因此非光速物體計算光速物體，相對于自己的速度，最多是光速。

第三，量子場論認為，宇宙中充滿了場與能量，并且光子就是電磁場的量化激發。

所以，光子光速的傳播其實是在場中發生的，因此光速是相對于場，而不是光源的——這就解釋了光速相對于光源運動的不變性，而“場”就可以看成是光的“介質”。

時間靜止

首先，在狹義相對論中——速度越快，時間越慢，速度抵達光速，時間靜止。

理解起來是這樣的：時間 = 距離 / 速度，接着利用光（光速不變）走過固定的距離，就可以計算出時間。

例如，在一個從左向右，勻速運動的一節火車上，有一個光源（電筒）在車廂左邊，點亮發射光柱，射向了車廂的右邊，當光柱抵達車廂右邊，火車立即停止運動。此時，光柱以光速，走過了固定的距離，即車廂的長度。

接着在這個過程中，我們安排兩個時鐘，一個在火車上，一個在靜止的地面上，同時觀測計算，客觀上同一個事件，所需要的時間，那麼：

• 對于車廂上的時鐘，時間 = 車廂長度 / 光速。
• 對于地面上的時鐘，時間 = （車廂長度 火車的運行距離）/ 光速。

再根據，光速不變原理，于是“光速”在地面和車廂上觀察都一樣，那麼結果很明顯，在地面上觀測，地面上的“時間”比車上的“時間”要變大了，而這就是時間膨脹。

同理，發生在運動方的任何事件，對靜止方來說時間都變慢了，而運動是相對的，雙方都會覺得是自己靜止，對方在運動——于是就是對方的時間變慢了，自己的時間正常。

那麼，更進一步，如果運動方抵達了光速，那麼運動方的信息，就再也傳送不到靜止方了，此時對靜止方來說，運動方的時間也就無法計時了——相當于時間靜止了。

在上述例子中，就是火車速度抵達光速，光柱永遠無法抵達車廂右邊，此時無論在地面還是車廂上，觀測計時會發現，時間慢到無限大——時間靜止；而物體抵達光速，對于尺縮來說，就是無法獲得物體長度信息，即長度收縮到了不存在——相當于長度為0。

綜上可見，在相對運動中，假定光速不随參考系變化，那麼在數學上，時間和距離，必然就需要相應的調整，即變慢和縮小——以保證光速不變（c=d/t），其原理就是：

• 如果我們運動距離固定，那麼相對運動，就會讓雙方看待對方的相對距離不同，此時就需要相對時間變慢——保證光速不變。
• 如果我們把運動時間固定，那麼相對運動，就會讓雙方看待對方的時間不同，此時就需要距離縮小——保證光速不變。

顯然，我們計算時間和距離，所需要的信息，會因為相對運動，而被影響其傳遞過程，最終影響到時間的計算結果。

由此可見，時間、速度、距離是相互依賴的變量，并且獲取這些變量需要的是信息，而光速就是獲取信息的極限值——這相當于把速度給“固定”了，所以時間與距離，都要圍繞着光速來變化。

其次，在廣義相對論中——物體質量越大，時空越彎曲，時間也就越慢。

那麼試想，如果當一個物體的質量極大——無限大，大到讓時空曲率無限大，此時時間和空間，就會被無限拉長——也就相當于時間無限慢，并慢到靜止了。這時候，連光都無法從這個時空曲率（引力場）中逃逸出來，時間也就不存在了——也沒法觀測計時了。

時空曲率——意味着幾何結構無法在二維平面展開，如球面、馬鞍等，而像圓柱則可以在二維平面展開。

事實上，這種情況可以理解為：因為物體質量無限大，即體積無限小，密度無限大，從而令其周圍的微觀物質結構無限緊密的排列在一起，導緻微觀物質的變化率（振動）趨于無限小，即：時間計量變成無限小，這就是時間靜止。

超光速

在狹相中，光速是物體運動的極限速度，更精确的描述是——質量、信息和能量的傳遞速度不能超越光速。

然而，有一種假想中的粒子，一直處在超光速運動的狀态，稱之為——快子，它的質量平方為負數，即擁有虛質量，對應了虛能量與虛時間。

虛數——在數學上就是平方等于負數的數，與實數對應，意義是虛幻不存在的數。

數學上引入虛數是為了簡化計算和問題，擴充數學維度，而在物理上一直都是使用實數的。所以，虛數不具有物理意義，也無法對應現實世界的客觀存在。

那麼按照狹相公式，速度越快時間就會越慢，如果從亞光速抵達了光速屏障，時間就會靜止，這時如果速度繼續增加，也就是從亞光速加速到超光速，時間就會變成一個虛數。

在狹義相對論下，觀察者參考系時間（靜系時間） = 運動者參考系時間（動系時間） * 洛倫茲因子——1 / sqrt(1 - (v/c)^2)，當v > c即速度超光速時，洛倫茲因子開根号出現負數，因此時間變為虛數。

可見，狹相的光速，是一個屏障或說是壁壘，阻止了亞光速和超光速，各自抵達光速。

亞光速的物質——就是通常擁有質量的普通物質，速度越快需要的能量越多，抵達光速理論上就需要無限多的能量，這是不可能的。超光速物質——就是擁有虛質量的物質（如快子），它們始終是處在超光速運動的狀态，相反對它注入能量越多速度就越慢，但要抵達光速，理論上同樣需要無限多的能量，這也是不肯能的。

但，如果僅從數學上來看，有正就有對稱的負，所以有正時間就有負時間，即存在時間倒流——隻不過，宇宙的演化具有方向，并不像數學隻有邏輯性和對稱性，而沒有方向的限制性。

事實上，如果不考慮信息的傳遞，有很多事物都是可以超越光速的，如：影子、人浪、量子糾纏與宇宙膨脹。

這裡，用人浪來解釋一下信息傳遞：

• 第一種，有信息傳遞的人浪。後一排，看到前一排的人坐下，才站起來，這樣形成的人浪依賴觀察前排坐下的信息，這個信息是光速傳遞的，所以這個人浪無法超光速。
• 第二種，無信息傳遞的人浪。試想，後一排站起來與前一排沒有任何關系，是約定好的時間點。這時，前後排的距離是（d），前後排的站起來的時間間隔是（t），這個（d）和（t）都是人為約定的，所以可以讓（d）很大，（t）很小，從而讓速度（v = d / t）超越光速。

例如，前排在地球坐下，後排在月球站起來，站起來不需要坐下的信息，所以這個人浪可以超光速。

那麼，如果信息不用光來傳遞，就可以避開光速的限制，或許量子糾纏就是一種超光速傳遞“信息”，隻不過這種信息不是我們可以“理解”的信息。

結語

從廣相角度來看，時空彎曲 = 時間彎曲 空間彎曲，其中空間彎曲——就是空間結構具有曲率，而時間彎曲——就是時間在不同的空間位置上有不同的流逝速度，即：時間的流逝速度，對應了空間結構的曲率。

從狹相角度來看，就是不同的加速度，對應了不同的時間速度。

而某個物體的時間速度，可由公式計算，即：時間速度 = 自身時間變化 / 靜鐘時間變化——可見，相對的運動速度（決定了自身時間的相對變化）對應了相對的時間速度，而絕對的時間速度，則由絕對的時空曲率和加速度決定。

最後，結合廣相與狹相來看，光在彎曲的時空中，沿着最短路徑的測地線運動，就是沿着時間流逝最快的方向傳播，因為測地線是在流形上加速度為0的曲線，任何偏離都會有加速度，從而降低時間流逝的速度。

顯然，光不能有加速度，所以光不能偏離測地線，但有質量物體可以，并且加速度越大，偏離就越大，時間流逝就越慢。

那麼，在測地線上時間流逝最快，則意味着時間流逝量最多——因此，雖然測地線是空間中兩點的最短路徑，但卻是時空中世界線最長、固有時最大的路徑，即：有質量物體衰老最快的路徑。

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