视频字幕
狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的革命性理论。它基于两个基本假设：相对性原理和光速不变原理。相对性原理指出物理定律在所有惯性参考系中都相同，而光速不变原理则表明真空中的光速对所有观察者都是恒定的。这两个假设彻底改变了我们对时间和空间的理解。
经典物理学使用伽利略变换来描述不同参考系间的坐标关系。在伽利略变换中，空间坐标按x'等于x减vt变换，而时间保持不变。然而，当我们考虑光信号传播时，问题出现了。在S系中光以速度c传播，但用伽利略变换到S'系后，光速变成了c减v，这与光速不变原理矛盾。这表明我们需要新的变换关系。
为了保持光速不变，我们需要推导新的变换关系。从光速不变条件出发，要求时空间隔在所有参考系中保持不变。通过数学推导，我们得到洛伦兹变换公式，其中关键是洛伦兹因子γ。当速度接近光速时，γ趋于无穷大，这导致了时间膨胀和长度收缩等相对论效应。
时间膨胀是洛伦兹变换的重要结果。根据公式，运动参考系中的时间间隔会被洛伦兹因子γ放大。例如，当飞船以0.8倍光速运动时，γ等于1.67，这意味着飞船上的时钟比地球上的时钟走得慢。当地球过去10秒时，飞船上只过去了6秒。这就是著名的时间膨胀效应。
长度收缩是洛伦兹变换的另一个重要效应。运动物体的长度会在运动方向上收缩，收缩后的长度等于固有长度除以洛伦兹因子。例如，当物体以0.9倍光速运动时，其长度会收缩到原来的44%。这种效应只发生在运动方向上，垂直方向的尺寸不变。长度收缩和时间膨胀共同构成了狭义相对论的核心效应。