摘要：“天上一天，人间一年。”这是人们在童年时期听到的神话故事里面的情节。长大后，许多人认为这种神话就是迷信。而爱因斯坦的“相对论”以天才的洞察力和严谨的科学方法证明：“天上一天，人间一年”不仅不是迷信，而且是科学的结论！

“天上一天，人间一年。”这是人们在童年时期听到的神话故事里面的情节。长大后，许多人认为这种神话就是迷信。而爱因斯坦的“相对论”以天才的洞察力和严谨的科学方法证明：“天上一天，人间一年”不仅不是迷信，而且是科学的结论！

互补论关于绝对时空与相对时空的论述，对这一问题作出新的诠释——

互补论认为，时空属于宇宙。相对于无限的宇宙，时空是无限的。无限的宇宙具有客观性、唯一性、无限性。宇宙中存在物质，存在生命，存在具有语言能力、思维能力和高度智慧的人类。一切的物质、生命和人类存在于宇宙中特定的时空当中，因而相对于具体物质、具体运动和具体人的时间和空间都是有限的，是具体物质限定的时空，或随参照系而变化，或随着人的意志而变化的时空。可见，时空的绝对性与相对性是相对于不同参考系而言的。或者说，相对于浩瀚宇宙，时空是无限的；相对于给定的参照物，时空是有限的。

绝对时间，是无限的、唯一的客观存在，它均匀地从远古流到现在，从现在流向未来，不以人的意志和物的存在与运动为转移。绝对空间是无限的、静止的、唯一的客观存在，广袤无垠，不以人的意志与物的存在与运动变化为转移。物质是绝对空间中的住客或过客，它常驻也罢，离开也罢，绝对空间自身是不受其影响的；绝对时间在宇宙中均匀地流逝，无论宇宙、太空、地球、人类发生什么事或者不发生什么事，它都均匀地流逝，丝毫不会受到影响。

相对空间与相对时间，没有绝对时空那样逍遥自在，它不敢无视物质的存在，也不敢无视物质的运动，它是物质存在与运动的奴隶，受物质存在与运动的影响，随物质的存在运动而变化。如一辆奔驰的轿车，由车厢所包裹的驾驶室和乘客室随轿车的奔驰而奔驰，随轿车的停止而停止，它不会绝对静止地存在，也不会无节制地运动下去。同时，受车厢的限制，它也不是无限的，只能成为被车厢包裹的有限空间。此外，时间和空间的测量，都要依赖于物质的存在，都要基于某一给定的参照系。如空间用米来量度，也有用丈、尺、寸量度的。时间用秒来量度，也有用年、月、日来量度的。而且，测量的工具也不尽相同，皮尺、直尺、机械钟、电子表，形形色色，应有尽有。随着科学技术的发展，量度空间和时间的参照物本身也在变化，公制长度单位原是以巴黎子午线全长的四千万分之一作为一米的。1960年第十一届国际计量大会规定一米等于氪-86在真空中（在2P10 和5D5 二能级之间跃迁时）所发射的橙色光波波长的1650763.73倍。1983年第十七届国际计量大会规定，米等于光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路径的长度。时间的度量以秒为单位。在国际单位制中规定，秒是铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁所对应辐射的9192631770个周期的持续时间。空间时间的度量单位、度量工具选择不同，很可能得出不同的度量结论。所以，相对时空都受物质的存在与运动方式影响。

绝对时空反映了宇宙的本质，而相对时空仅仅是物质存在的一种表象。如前述奔驰的车厢所包裹的空间从表象看是与车子一起运动的，但实际上，真正的空间并没有走，车子所包裹的空间是绝对空间的不断更替变换。时空测量中所用的参照物及测量工具不同，往往得出不同的测量结果，但绝对时空仍然客观存在，不因参照物和测量工具的变化而发生变化。

历史上第一个提出相对时空概念的是英国物理学家牛顿。牛顿在建立他的力学大厦的过程中，研究了无数物体的运动问题。其中，运动的度量，依赖于一个给定的参考系。如以大地为参考系观察运动的火车里的电灯，看到电灯是运动的；而以车厢为参考系观察运动的火车里的电灯，则电灯是静止的。这里参考系不同，观察到的物体的空间位置就不同。两个坐标系中时空关系的变换称为“伽利略变换”，即：

x'=x-vty'=y z'=z t'=t

绝对空间是静止的，仅仅作为物质运动的场所和舞台。而处在运动坐标系中的相对空间则随着坐标系的运动而运动。t'时的运动物体所包容的空间已非t时包容的空间，哪怕这两个空间所充斥的物体没有变化，但空间本身已经移动了。人类生活在地球上，以地球为参考系，我们的房子、树林、田野、戈壁所在的空间都是静止不动的。然而在以太阳为参考系的坐标系中，上述空间在运动；若以银河系或河外星系为参考系，则这些给定的空间便以更为复杂的形式在运动。由此可见，人类现实生活中所面临的空间，其实并无所谓绝对可言，现实的空间，都是相对空间。

在低速运动的参考系里，尽管相对空间在运动，但按照伽利略变换，x'=x-vt，可得出Δx'=Δx，空间的间隔始终没有变，地球上的一米完全等于太阳上的一米。相对空间表现了绝对空间的特性。然而在高速运动的坐标系，这种情况就有了质的改变。

20世纪初，物理学的进展打破了牛顿时空观，把相对时空观扩展到更新的领域。相对时间和空间不仅在表象上不同于绝对时间和空间，而且它的某些特性如空间间隔和时间间隔也不再与绝对时间、空间相等。这种变化是从伽利略变换不能适应光速运动开始的。如以20米/秒的速度运动的车厢，其中央被打开的电灯，无论从地上看，还是在车厢的两头看，光波都是以30万公里/秒的速度传播，而并非如伽利略变换所述，向车头方向的光速为30万公里/秒+20米/秒，向车尾方向的光速为30万公里/秒-20米/秒。与此同时，以牛顿时空观为基础的热辐射定律，在紫外光部分明显背离实验所得出的结果，导致了著名的“紫外光灾难”，从而使物理学领域出现了一片恐慌，物理学家陷入了极度的悲观绝望之中，荷兰物理学家洛伦兹甚至绝望地说：“真理已经没有标准了，也不知道科学是什么了！我很悔恨我没有在这些矛盾出现的五年前死去。”在牛顿时空观支撑的物理学大厦行将倾覆之际，爱因斯坦力挽狂澜，提出了相对论时空观。他把时空和物质运动紧密联系起来，把时空自身紧密联系起来，认为空间和时间总是随着物质形状和运动状态的变化而变化的，空间和时间的特性是相对的，不是永恒的，从而揭示了它们之间的依赖关系并针对这种关系提出具体的表达式，即著名的洛伦兹变换：

可见，由于参考系的变化，同一空间长度，在相对它静止的坐标系中和相对它运动的坐标系中是不同的。在相对它静止的坐标系中长度最大，而在相对于它运动的坐标系中，长度变短。时间的快捷意味着空间的压缩，尤其当参考系的运动速度接近光速时这种效果更为明显。同时，发生在某一点的两件事，在与该点相对静止的坐标系内的时间间隔，永远小于相对于该点运动的坐标系内的时间间隔。并且，在静止坐标系中不同地方同时发生的两件事，在与之相对运动的坐标系中并不同时发生。这就是说，速度越快，长度越短、时间流速越慢‌。这一现象被称为“长度收缩效应”和“时间膨胀效应”，是狭义相对论的核心结论之一。如果乘坐高速运动的太空飞船巡游天际，的确可以实现“天上一天，人间一年”。神话原来真的有科学依据。

来源：一品姑苏城