相对论的时间膨胀如何理解？

相对论的确是一个比较烧脑的话题，不过还是有点好玩的，毕竟这就是我们的世界。
关于相对论中的时间膨胀，我们先来看一个小实验。
设想在一个飞船上有这样的一个“时钟”：两个平行

相对论的确是一个比较烧脑的话题，不过还是有点好玩的，毕竟这就是我们的世界。

关于相对论中的时间膨胀，我们先来看一个小实验。

设想在一个飞船上有这样的一个“时钟”：两个平行放置的可以反射光的隔板，一个在上一个在下，在下面的隔板上安放一个记录光子碰撞次数的装置，但是不会对光子的运动产生任何影响。找来一个光子，让其在两个隔板之间可以来回运动。

当这个飞船相对于地球静止时，无论我们在地面上还是在飞船上观察光子在两个隔板间的运动都是直上直下的，通过观察“时钟”不会发现任何毛病。

那好，让飞船运动起来。站在飞船内部的观察者去观察这个“钟表”，看起来还是没有毛病。但是对于在地面上的观察者来说就与之前的不一样了：由于飞船运动的关系，影响了光子的运动轨迹。这样一来，光子运动的轨迹就变成了折线，如下图中的红线所示的那样。

很明显的是当飞船运动时光子运动的路径大于飞船静止时光子运动的路径的，而且光速是一个恒定不变的定值，这就造成了光子撞击隔板的频率减少了。那么意味着飞船上的“钟表”变慢了，换句话说就是飞船上的时间膨胀了！

这一切都是在地球上的观察者观察到的(以地球为参考系)，所以我们可以给出时间膨胀的公式：

Δt是站在地球(飞船)上的观察者记录的时间间隔。

Δt'是在飞船(地球)上的观察者记录的时间间隔。

v是飞船相对地球运动的速度。

要确保上述公式成立的话，观察者在记录时间的时候是不可以移动的。

由于运动是相对的，以地球为参考系时飞船是运动的，以飞船为参考系时地球是运动的，而且速度的大小是相等的。所以在飞船上的观察者观察地球上的“钟表”时，发现地球上的时间膨胀了，而认为自己的时间是正常的，这样一来，公式中的Δt和Δt'的意义会因为所选的参考系不用而正好相反(以飞船为参考系时参考括号的内容)。

为了能够更好地理解，我们引入一个著名的思想实验：双生子佯谬。内容大致如下：

设想有两个孪生兄弟甲和乙，甲乘飞船作太空旅行，乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飞船在极短的时间内加速到速度v（速度v接近光速c）。然后飞船以速度v作匀速直线飞行，飞船飞行很长一段时间后，迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行。回到地面时紧急减速、降落，并与一直在地面上的乙会合。

我们可以设v=0.9998c，当甲认为自己旅行1年后返回地球，可以计算出此时乙已经在地球等了大约50年了。而当乙以为自己在地球等甲等了1年时，经过计算可知甲已经旅行了大约50年了。

所以到底是谁更年轻？

爱因斯坦一看没辙了，那就这样吧：谁相对于整个宇宙(惯性系)作更多的变速运动，谁就更年轻。(在其他地方会有更加详细的解释，但那种东西已经不在作者理解范围内了)

可见，在讨论时间的膨胀的问题时，参考系的选择是十分重要的，不然时间不会主动膨胀。