难度：★★★★☆（涉及到认识一个全新的坐标系）
兴趣：★★★★☆（运动的时空到底发生了什么变化？这也是理解时空扭曲的基础）
阅读提示：请大家与我一起，顺着文本的逻辑，理解加粗的概念。【斜体字】为补充的概念或者更加详细的解释说明，可以选择性地阅读。
一、光速不变
上一期得到的两个更像哲学观点的结论——“运动的相对性”与“时空的等价性”，还不足以得到爱因斯坦的狭义相对论。
二十世纪初，随着科学实验的推进，“光速不变”的假设被提出并且证实。即，在任何参考系中看同一束光，它的速度始终为300000km/s。这样的发现直接颠覆了经典的时空观，促使了洛伦兹变换与狭义相对论的发现。
对于一般“快速”的物体，例如跑车，它相对于地面的速度可以达到200km/h，但是在10km/h追逐它的人的眼里，它的速度将是190km/h。但光则不一样，不论以多快的速度追逐，它的速度始终是300000km/s。这样的规律产生了许多有趣的结果，虽然这些结果都因为光速实在是太快，而十分微弱。
相对运动的参考系里，空间拥有了不一样的“比例尺”，相对运动的物体，在运动方向上会更短！物体本身的长度并没有变，只是在地面参考系上看，物体参考系里的“一米”更短了。这甚至有物理瘦身的功效，只要能达到飞机速度的二十万倍就能瘦1%呢！
在相对运动的参考系里，时间的“比例尺”也不同。如果一架以非常快的速度远离（或接近）地球的宇宙飞船，那里的时间的流逝速度将比地球慢。也许在飞船返回时，飞船里的哥哥就会变成弟弟！
二、把时空……画出来！
在前两个例子中，时间和空间分别都出现了拉伸与收缩，但是这并不是时空扭曲。请允许我慢慢道来：
为了用图片表示一个时空，我们绘制这样的坐标轴（参考系），横坐标是空间上的位置信息，纵坐标是时间上的时刻信息。这张平面图上，每一个点都代表一个事件，在特定位置与特定时刻发生，许多事件点会组成事物在时空中移动的轨迹。例如，下面这张图展示了地面参考系，横坐标代表了一条延伸的公路。人和车都沿着公路移动，每一条线都代表了人或车在时空中的移动轨迹。
在这样的图里，任意两个点之间的直线段的长度，叫做“时空距离”。在图里，OA、OB、DC的长度均称为时空距离。【事实上，这个定义是错误的，在这里这样定义“时空距离”，仅为了定性地介绍原理。时空距离实际上是：dx^2 – dt^2。】
上面的图只展示了地面参考系，那么该如何绘制巴士参考系呢？由于在巴士里，乘客是相对静止的，他们只感受到时间的流逝，而没有位置的移动，那么我们可以这样画巴士里的时空（浅蓝色参考系）：
图里清楚的展示了，在地面上，路人会观察到巴士上的时刻和位置不断变化。而在巴士时空里，巴士并没有空间位置的移动。
【我需要再次强调这个图是有误的，因此我们只能定性的寻找可能出现的现象，而不能定量地观察大小区别】我们还能发现一些现象，例如巴士经历的时间（蓝线长度）和地面上观察到它经历的时间（黄线长度）不同。
不仅如此，同地的相对性与同时的相对性也在图里完美的体现出来。下方左图描述了同地的相对性：在地面上看（棕色参考系），巴士在不同时间（纵坐标）出现在了不同位置（横坐标）；而在巴士上看（浅蓝色参考系），巴士在不同时间出现在了同一位置。而下方右图则体现了同时的相对性：在地面上看，不同位置的事件同时发生（纵坐标不同）；而在巴士上看，这些事件不同时发生。
三、时空旋转
我们发现，时空确实没有扭曲，而是旋转了！！狭义相对论表明，和我们相对匀速运动的时空只与我们的时空相差一个参考系的旋转。
旋转一个参考系，将会改变事件的空间位置和时刻（时空坐标）。在地面参考系中，巴士在10秒内，前进了100米；而在巴士参考系中，它却经历了11秒，且没有运动。【实际上巴士经历的时间比10秒短，且与10秒差别极小】
但是旋转参考系，不改变时空距离。旋转变换与平移变换都不改变原本的时空距离，这是经典几何原理的展示，也是光速不变原理的重要推论。一个苹果旋转、平移以后还是苹果，维持原样，时空也是如此。此外，由于在巴士参考系中，时空距离就是巴士所经历的时间，这段长度被更普遍地称为“固有时”。
咱们狭义相对论就分享到这里，总之，匀速运动时，时空并没有扭曲。尽管在高速状态下，时间和空间都出现了变化，但这不是扭曲，而是参考系的旋转引发的效应，如下左图。相对的，下方右图才是真正的弯曲空间。要是物体开始加速，故事就来到了广义相对论，时空即开始弯曲，敬请期待！大家的阅读、分享和评论都是我更新的动力源泉，我们下期再见！
【补充】
以上提到的两个参考系之间的旋转变换，就是著名的“洛伦兹变换”。旋转变换是属于“保长变换”，例如我们生活中遇到的空间旋转，就是保证空间间距不变。洛伦兹变换就是属于广义的旋转变换，它控制“固有时”（即时空距离，dt^2 – dx^2）不变，具体形式如下图：
Danyang's Teahouse 
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