愛因斯坦的廣義相對論和狹義相對論分別代表什麼意思？怎麼通俗的理解他們比較好？

　　要想簡單了解相對論，最好了解一點科學學和物理學史。很多民科的問題也是因為不了解這兩點。而我們的教育(包括大學教育)也忽視了這兩點，使得大多數學生只知道推導公式，並不知道所以然。

　　科學學表明科學理論的進步和進化的基本原則是用盡量少的假設解釋盡量多的現象。也就是說事物都是有關聯的，最初我們用不同假設解釋的現象，當我們發現其關聯之後，其實是可以有同一理論解釋或描述的。其結果就是美麗的理論總是最簡單，理論是從複雜向簡單進化的。當然這里的簡單是指理念的簡單，而不一定是實際推導的簡單。

　　從科學史看，牛頓之前的物理學家已經部分的知道怎麼描述地球上物體的運動。而且也有很精密的各種天體運動的數據，但是人們並不認為描述地球上物體運動的理論和天上物體運動的理論有什麼聯繫。牛頓的偉大首先在於提出了牛頓三大定律，總結了地球上物體運動規律。牛頓更偉大的地方在於，某一天(傳說中的萍果打頭事件)，他突然意識到只要假設星球的質量和距離的平方反比引力定律，天上星球的運動是完全可以由描述地球上物體運動的規律來描述!這是科學理論進化的重要發展，只可惜教科書都忽略了。

　　書歸正傳，什麼是狹義相對論和廣義相對論?

　　在牛頓時代，人們相信牛頓的整套理論，天上，地下，低速，高速都適用，而且時間和空間是沒有相互關聯的。愛因斯坦發現，時間和、空間是可以相互轉換的!當然這種轉換只發生在高速(近光速)運動時。狹義相對論才是新的普適理論(天上，地上，低速，高速都適用的理論)，而我們知道多年的牛頓理論只是一個低速運動下的近似公式!

　　廣義相對論涉及牛頓理論的另一部分，引力理論。在牛頓理論中，質量是存在於時空中的，用平方反比定理描述其引力相互作用。愛因斯坦發現質量和時空是有關聯的，按照質量和時空之間的轉換關係，牛頓引力定理是可以推導出來的，不再是一個假設!

　　綜上所述，狹義相對論是一個描述運動的普適規律(天上，地上，高速，低速)，最最重要的是，時間和空間不是獨於運動之外的一個框架，而且運動的一部分。牛頓理論只是狹義相對論在低速下的近式。廣義相對論中質量不再是存在於時空中，而是時空的一部分，牛頓萬有引力只是時空特性的一個推論。也就是說，萬有引力只是一個假設，在廣義相對論中，完全可以由質量和時空之間的關係推導出來。

　　加句題外話。人們已知世上有四種相互作用力，萬有引力，電磁力，強相互作用，弱相互作用。既然萬有引力可以由質量和時空的關係推導出來，其他相互作應該也可以由更深一層的屬性推導出來。而且在這更深的層次上，這四種相互作用應該是可以由一個普適的規律來描述的。這就是大統一理論的由來，也是物理理論進化的方向。只是現在還未成功。

　　簡單的是，狹義相對論研究的是平坦的時空。而廣義相對論研究的是彎曲的時空。

　　換句話說，狹義相對論研究的物理現象中不包括萬有引力這種相互作用，而廣義相對論研究的物理現象則是以萬有引力作為舞台背景的。

　　萬有引力為什麼那麼特殊，本質上來說是因為萬有引力其實就是時間與空間本身。這就好像什麼呢？其實就好像愛情，對很多人來說，愛情就是生命與生活。如果沒有了愛情，生命也就沒有了意義，生活也就失去了樂趣。如果沒有萬有引力，時間也就是一個抽象的定義，而空間也是一個抽象的定義。所以，狹義相對論其實是不完備的，因為在狹義相對論中，沒有萬有引力，整個時間與空間都我們人類憑空賦予給物理系統的——但這樣做是不對的，因為真正的物理必須與人類無關。所以呢？到了廣義相對論中，人類作為觀察者獨立存在，時間與空間則是由引力場來賦予給這個物理系統，這樣就顯得自然多了。

　　在我們太陽系，時間與空間是由太陽來決定的，太陽決定了我們365天為一年，太陽也決定了我們的空間觀念，比如什麼是東邊什麼是西邊，都是根據太陽升降來決定的。不要以為這個是一種文化，其實太陽的引力場決定了我們地球人的時鐘的頻率，也決定了我們這個空間的曲率。

　　當然，狹義相對論可以看成是廣義相對論的一種近似，在弱引力下，我們可以認為狹義相對論可以取代廣義相對論的位置。而且，以前科學家討論的所有物理學都是在平坦時空之上的，而實際上我們都可以把這些問題放在彎曲時空上來進行重新討論。

　　在常人的觀念里，保留有許多絕對的東西。以伽利略相對性原理為基礎的牛頓力學，已經大刀闊斧地拋棄了許多絕對性；在以空間、時間及物理規律為絕對性的基礎上建立起了優美的物理體系。

　　愛因斯坦在前人的力學批判及光學、電磁學研究的理論及實驗成果的基礎上，放棄了牛頓的絕對時空觀，代之以光速不變原理（真空中光速為萬物極限速度，不隨參考系變化），使以物理規律為絕對而以現象為相對的相對性原理重新建立在洛倫茲變換的基礎上。狹義相對論中，時空的測量尺度也被視為相對現象，會隨參考系的變化而變化。也就是說，運動參考系中的一米與一秒不能直接等價於靜止參考系中的一米與一秒，兩者在各自參考系中表觀測量上的相同不意味著實質的相同。參考系之間的空間刻度與時間刻度，必須通過非線性的洛倫茲變換來重新建立等價關係。

　　廣義相對論進一步拋棄了平直時空，直與曲也成了一種相對現象不再絕對，慣性參考系與普通參考系也成了一種平權關係。由此，被測度的時空不僅會伸縮，而且還會變形；於是參考系與參考系之間就完全是一種拓撲變換了。就像我們捏橡皮泥似的，時空也可視為可類似變形的存在物，而揉捏其型態的正是萬物；時空不能再視為獨立於萬物，而是與萬物密不可分的存在，會相互改變各自存在的特性。

　　施鬱（復旦大學物理學系教授）

　　創立於1905年的狹義相對論建立在兩個基本假設基礎之上，在相互作勻速運動的觀察者看來，1. 光在真空中的傳播速度都是相等的。2.物理定律保持不變。

　　這導致了同時性的相對性，也就是說，在一個參照系中同時發生的時間，相對於另一個與之勻速運動的參照系而言，卻不是同時的。

　　然而這又導致某種「絕對性」。在相互作勻速運動的不同參照系看來，按某種方式定義的「時空間隔」卻是相同的。也就是說，它們之間相當於在4維空間作了個旋轉。

　　所以，狹義相對論揭示了，時間和空間成為一個整體，簡稱時空。

　　十年之後，愛因斯坦又將引力納入了相對論框架。這基於他發現的引力與加速的等價，即所謂的等效原理。愛因斯坦提出，萬有引力的本質是時空的彎曲。沒有引力時，時空是平直的。引力使得它發生彎曲。

　　用惠勒的話說，「物質告訴時空如何彎曲，彎曲時空告訴物質如何運動。」 這樣，物質和時空也成為一個整體。

　　這改變了牛頓的絕對時空觀：絕對的時間、絕對的空間，時間和空間互相獨立，而且與物質無關，只是萬物的舞台。

　　在牛頓的理論中，引力是一種超距（瞬時）作用，這是不合理的。廣義相對論改變了這一點。

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　　專業的回答不夠通俗，我來嘗試用文學語言描述下:

　　不管狹義還是廣義相對論，首先要理解「相對」兩個字。

相對即任何描述（觀測、觀察）對象的物理量，都必須建立在有參照條件下才能成立。

　　比如你測量一個物體的長度，得用尺去量。測物體移動速度得要有距離參照物和時間計量器。

　　用數學表述即任何方程公式，都得有參與數值量。

　　這是相對論的基礎，在此基礎上才能準確理解物質與時空，物質與各種場能，物質與各種作用力之間的關係。

下面來講廣義和狹義的區別:

　　1,狹義相對論:自然界有種基礎規律叫唯象規律:即常態環境下，物質在一定量級場能下維持一定的穩定規律。在物理上都符合伽利略和牛頓等科學家提出的經典物理定律。

　　這個一定量級場能是指以地球引力和磁場為基本（背景）場能。發生在地球上，地球物質之間的運動、能量轉換等一切現象之間的規律。

　　廣義相對論:超出地球常態環境的宏觀或微觀上物質的規律。因場能量級躍遷而在規律上引起的不自洽。

　　比如引力，狹義相對論在經典物理表述中就是重力，而在宏觀宇宙上是萬有引力，在微觀量子之間則是弱作用力。

　　2:狹義相對論:適用於描述三維物質，加上時間軸，最多只能表述四維時空。

　　廣義相對論:發現空間曲率，引導出更多廣義參數，可以表述（構建）更高維度時空。

3:狹義相對論:參照系（參照物）都是可見物質存在（或該物質的狀態參數）。物質運動最高速度不能超過光速。

　　廣義相對論:參照系可以以整個自然界，可以以觀察現象推導出相應補充參數。只要從多個角度驗證該參數是適用的（並一定適用於經典規律），在理論上能自洽，則會成為常用參數。

　　物質在宇宙尺度的運動，因參照系不同，場能量級不同。呈現出時空扭曲、折疊，時鐘尺慢等在有別於常態規律的現象和規律。

　　同樣在微觀上呈現出量子糾纏超距感應、測不準、波粒二象性等有別於常態現象和規律。

　　簡單說就是以前把質量引力當數學來算，相對論把質量引力當幾何問題，時空扭曲了，質量能量可以轉化

　　狹義相對論是證明靜止或勻速物體符合相對論

　　廣義相對論是證明一切物體都符合相對論

　　這事為什麼這麼難，首先它不是來自觀測實驗，而是在光速不變的全新假設下，拋棄了使用幾百年牛頓力學的絕對化時空概念，根據已有的數學公式進行推導，卻可以解釋當時預測行星軌道等問題。

　　狹義相對論（Special Theory of Relativity）(論動體的電動力學)是阿爾伯特·愛因斯坦於1905年在德國《物理年鑒》上發表的一篇論文。由於麥克斯韋方程式和牛頓力學的伽利略轉換的不相容，引發愛因斯坦關於「同時性」的思考，以「光速不變原理」，建立了狹義相對論。狹義相對論公式和結論只在「慣性系」下有效，其主要結論「尺縮鐘慢」「橫向多普勒效應」被稱為「狹義相對論效應」，但最著名的推導公式是E=MC²。還有大多數人不知道的，這篇論文的提出者並不是只有愛因斯坦，另外還有洛倫茲、龐加萊和閔可夫斯基。十年後的1915年，愛因斯坦僅憑一己之力，完成了曠世大作 廣義相對論（General Relativity），發表了」愛因斯坦引力場方程」，將狹義相對性原理推廣到廣義相對性，將「慣性系」擴展到一切參考系。因為場方程式是一個非線性偏微分方程，很難得出解來，所以在電腦開始應用在科學上之前，也只有少數的解被解出來而已。其中最著名的有三個解：史瓦西解、 雷斯勒——諾斯特朗姆解、克爾解。該理論的三大驗證是水星近動、星光彎曲、光線紅移。其主要應用有「引力透鏡」「黑洞」「引力波」等。狹義相對論和廣義相對論的區別: 狹義相對論只適用於慣性系，它的時空背景是平直的四維時空，而廣義相對論則適用於包括非慣性系在內的一切參考系，它的時空背景是彎曲的黎曼時空。

　　狹義相對論有嚴重的錯誤,廣義相對論玩的就是一種數學遊戲,一種,還可以有很多種,其實質就是用一種數學來解答牛頓力學,至於有多少錯誤鬼才知道,楊春華統一場論,是牛頓力學的,繼往開來,做到了物理理論大一統,前無古人後無來者.楊春華統一場論有哪些理論呢，第一，楊春華同一場論第一定律，第二，楊春華統一場論第二定律，第三，楊春華萬有斥力定律，第四，楊春統一場變換，代替了洛倫茲變換，做到了四種相互作用的統一，做到了質量的統一，做到了時空的統一，求證了光子的質量，論證了光的傳播機理，論證了零重力，等等。

　　狹義相對論：愛因斯坦把伽利略力學運動的相對性擴展開來，使它包含所有物理定律，並把觀察和實驗得來的光速不變也提升為公理。如果兩者同時成立，不同慣性系的各個坐標必然存在一種數學關係，這就是洛倫茲變換。通過這種變換，他推導出運動的尺子會變短，運動的鐘會變慢，任何物體的運動速度都不能超過光速。

　　廣義相對論：廣義相對論實際上是一種引力理論，它把幾何學和物理學統一起來，用空間結構的幾何性質來描述引力場。

　　愛因斯坦發現，現實的物質空間不是平坦的歐幾里得空間，而是彎曲的黎曼空間。空間的彎曲程度決定於物質的質量和它們分布的情況，空間曲率就體現為引力場。

　　愛因斯坦提供了三個可供實驗驗證的推理：

　　第一是水星最近點的進動。

　　第二是在強引力場中，時鐘要走得慢一些，因此從巨大質量的星體表面射到地球上的光的光譜必定是向光譜的紅端移動。

　　第三光線在引力場中偏移。

>愛因斯坦的廣義相對論和狹義相對論分別代表什麼意思？怎麼通俗的理解他們比較好？