如何理解爱因斯坦的相对论和时间之间的关系？

※鱼鱼╰☆

刚刚看到一篇文章，写的是一个物体以接近光速的速度飞行（99.99%光速，没有物体能超越光速），去往100光年外的星球需要多少时间？乍一看这还用计算，100光年的距离，肯定要100年啦！然而，当加入爱因斯坦的相对论之后，通过计算只需要0.085！（我也是读的别人的文章是0.085年，我也不会计算哈）蒙了，这是怎么回事？时间竟然变短了！现在疑问来了。（我想肯定不是我一个人理解不了哈！）想上面举例这种情况，一个来回也只需要0.17年，而地球上却已经过去了200年，可能他的曾孙或者玄孙都已老去，而他却也只过去0.17年！这符合事物的本质吗？理解不了！（烧脑）再者，关于时空旅行，坐进以光速飞行的机器，可以穿梭时空，回到过去穿越未来！就拿未来来说，本就还没有发生的活动！怎么去？时间倒回去，本就这个活动已经结束，怎么在回去看？就以我们自己为例！回到你一年前看自己，一年前活动已经结束，那么你能看到支撑你一年前活动的载体又是什么东西呢？（脑袋已经炸了，我就是到这个地方怎么也理解不了）欢迎有关于这方面研究，或者能理解爱因斯坦相对论的朋友解读一下！不胜感激！

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感谢邀请。这种问题一百年算是难题，现在算是大学物理考试题。
在回答之前，小编指出2个错误。第一个是，题主说来回需要0.17年，这个没道理。来回存在加速和减速过程，时间肯定不是0.17年。这件事情在非相对论力学可以认为是多虑了，但是在相对论性物理，是不能不考虑的，因为这件事情导致飞行器不再是惯性系。这样会给计算带来一些麻烦。不过这里主要是科普，所以不考虑计算的事儿。第二个是，题主把牛顿的绝对时空和相对论的时空生拉硬扯在一起。时空旅行不管有没有，都必须要要从相对论时空出发去讨论，而非牛顿时空。
现在小编简单说一下狭义相对论。相对论不是牛顿力学那样的经典理论，而是考虑时空本性的经典理论。按照研究对象，相对论分为狭义相对论和广义相对论。前者是平直时空的理论，后者是弯曲时空的理论。这一点有问题的，可以去看相对论的所有著作以及当年爱因斯坦的论文（已经收录在《爱因斯坦文集<第二卷>》，商务印书馆出版）。小编这里不再罗列基本理论的数学形式。
由于题主的问题只涉及到狭义相对论，所以小编下面也只介绍狭义相对论，广义相对论其实比狭义相对论还要烧脑，要想学会要花的时间比狭义相对论多至少十倍时间。
狭义相对论认为，不同参考系的时间是不同的。这就导致静止参考系（注：静止参考系是为了阐明狭义相对论而加入的先验参考系，本身不存在）测量一个运动物体经历的时间，和运动物体自己测量自己的时间是不同的。这一点无论是从数学的推导结果上，还是从物理的定性分析上都必须接受，否则就不能理解相对论。搞清这一点，下面要搞清另一个问题，这两个时间哪一个是具有相对性，哪一个没有相对性。外界的惯性参考系（注：惯性参考系指的是相对于静止参考系静止或者匀速运动的参考系，狭义相对论因为无法解释惯性参考系的特殊性，所以存在致命问题，这一点被广义相对论所解决）测量运动物体经历的时间我们记作t，运动物体测量自己的时间记作τ（希腊字母，读作tao）。这两个时间中t是相对的，外界惯性参考系速度不同则t就不同，而τ是绝对的。
题主说"100光年的距离，肯定要100年啦！然而，当加入爱因斯坦的相对论之后，通过计算只需要0.085年"，小编要说的是，这是典型的学术错误。因为这里根本没有指定参考系，所以所有的计算都是毫无意义的。如果是用相对于飞船(这里需设定飞船是惯性系)静止的惯性参考系去测量，那么算出来的结果是

将l=100l.y.，t0=0.085y反解出速度v等于0.9999996c。也就是说，飞船的速度大小为与真空光速相差108m/s。由此可见，飞船那叫一个快啊。
对于静止参考系而言，事情却不是这样，它测出飞船所用的时间是

这里强调，相对论虽然有很多个时间，但是对于研究具体问题，只能选一个时间。这件事情小编曾不止一次对一些提问者说过，最简单的例子就是高中物理里因参考系选择不同导致物体的能量不同的例子。相对论不过是把这种不同推广到时空。相对论与牛顿力学不同之处在于，无论选择哪个参考系，有一个绝对不变的量存在。那就是时空距离，注意是时空距离，不是空间距离。空间距离是相对量，时空距离是绝对量。我们可以用时空距离来衡量运动物体的年龄。那么这就可以发现一个奇妙的现象，运动的人其年龄增加速率比静止的人要慢（这里要注意一件事情，那就是这个比较是在静止参考系里比较的，在运动的人看来，这件事情却不是这样的），所以生命在于运动是有道理的。当然，前提是得接近光速的运动。
这里有一个佯谬，那就是以静止参考系为参考系，运动的人年龄增加得更慢，可是以运动的人为参考系必然得出静止的人年龄增加得更慢。这个问题我们可以通过设置只选择一个参考系来消除矛盾。但是有人将这个佯谬升级了：考虑运动的人减速到静止，再问谁的年龄增加得多。这个就是双生子佯谬的最简单版本。换句话说，题主的困惑正是这个佯谬。这个问题在二十世纪中叶曾引起轩然大波，有人在一些影响力很高的杂志上发过论文来质疑相对论。但是，有人明确地指出，运动的人减速过程存在加速度，而静止的人没有加速度。按照相对论，加速度（应该说是4-加速度）是一个相对论不变量，只要一个人相对惯性系加速，那么其加速度带来的物理效应就不能忽略。但是狭义相对论的坐标变换是以惯性系为前提的，要想获得非惯性系的坐标变换，就要放弃洛伦兹变换。但是这个问题，不需要考虑非惯性系变换也能给出答案。前面说过了时空距离是一个相对论不变量，从它出发考虑减速运动的时空距离变化了多少就知道运动的人的年龄是如何变化的。结论就是，此人更年轻。换句话说，在做着火箭或者宇宙飞船（要求速度接近光速）去旅行的人，再次回到地球，她（他）会发现自己不过是出去了一个月，但是地球却过去了一百多年（有加速度的效应，所以得加个"多"字）。对于出去旅行的人而言，仿佛是经历一场前往未来的时间的旅行。这就是我们常说的“穿越到未来”。要注意的是，这个人要想回到过去，她（他）就得超光速运动。可是根据相对论，作为亚光速的她（他）在这辈子也不可能超光速。换句话，题主所说的回到过去，在相对论看来，就是痴人说梦。
【注意，不要以为非惯性问题就是广义相对论的问题，只要背景时空是平直的，那么没必要搬出广义相对论糊弄别人。狭义相对论也可以计算非惯性运动，这需要从时空结构出发。】
现在有人就问了，相对论说的这些效应，是真的吗？答案是——真的。物理学家通过用铯原子钟精确测量出了运动物体的时间变慢效应，注意这里的运动速度不再是接近光速的高速运动，而是一般运动。这个实验在极高的精度上检验了狭义相对论的钟慢效应，以及广义相对论预言的引力场导致始终变慢效应。
1971年10月，物理学家约瑟夫·C·海费尔（Joseph C. Hafele）和天文学家理查德·基廷（Richard E. Keating）乘坐四架商用飞机，飞机上放置有事先调好的铯原子钟。他们在世界各地飞了两次，首先是东方，然后是西方，然后把时钟的时间值与留在美国海军天文台的铯原子钟的时间值进行比较。结果发现，三组钟表被认为是不相同的，它们的区别与狭义广义相对论的预言是一致的。以下是他们的实验数据（来自Wiki）
当时实验的精确度是在10%以内，而现在相关实验精度可以达到1.6%！具体见https://en.wikipedia.org/wiki/Hafele%E2%80%93Keating_experiment
这些实验充分说明，相对论是正确的理论。理解相对论固然重要，但是首先要承认相对论。如果不承认相对论，那根本谈不上理解相对论。在承认的基础上，要理解相对论，就必须彻底地学会相对论。

sosoyoyo

关于相对论和时间的都是好问题!说明广义相对论让越来越多的人去了解，挖掘。
stemmer原创观点:实时间不可变。

先说两个思想实验，第一个:
三胞胎超人，先三体合一在一起，一个在原地，一个太空旅行，还有一个，费点事，时刻(假设即时)观察其他两人动态，且将自己时刻保持在两者对称轴上，这时，他会发现，其他两个兄弟离开他的距离时刻一致，速度，加速度都时刻一致，更会发现，两个兄弟的时间流逝一致，没有任何区别，最终，旅行结束，他会发现，三体合一后，一样变老，时间三者同步，没任何差异。
再一个思想实验:超人双胞胎(均无质量)陏着光子对光速不同向旅行。这时会发现超人兄弟无论到那，时间都一样变化(没变也可以，反正同步)。超人双胞胎好强大，把所有空间都走过，这时，会发现，任何时空都同步。
接着说相对论的尺缩钟慢效应。相对论的前提是光速不变，光速在任何参照系下都不变。光速是当前参照系下的最大速度，任何观测，都快不过光速，也就是说，任何参照系下，都会产生观测光速延迟效应。同一时空点，不同的观测者速度不一致，光速延迟效应下的结果会不一致，会出现尺缩钟慢效应。这里的尺缩钟慢程度会随速度的不同而不同，只与本身的参照系有关。因此说，尺缩钟慢效应只是观测者效应，只是因光速延迟效应产生了虚现象，这些虚现象会随参照系变化而变化。
初步结论:相对论中时间变化的是虚时间。
实时间。时间是人为定义的，不是客观存在，不同的定义，有不同的时间变化规律。但是，宇宙万物是运动变化的，在空间中运动变化的，其运动变化按相对论均应服从同一客观规律，所有运动变化都应是有章可循的，也就是说，所有运动变化，只要相对静止，相同条件下，所需时间是相同的，这里的相对静止的时间，按相对论，不存在钟慢效应，是最长的，将他称之谓实时间。
时间箭头。热力学第二定律告诉我们，熵只增不减，时间有箭头，单向流动，时间不反演。在这里，要补充一点，本文的熵不与孤立系统的杂乱程度挂钩，熵的定义为孤立系统中不可利用能量占总能量的比重，这样，按照热力学第二定律，熵才真正只增不减。
实时间不快进。时间上普遍存在一个误区，那就是将相对论时间作为实时间看待了，相对论时间只是虚时间。否则会产生光要走很长时间，而亚光速所需时间更少的明显错误结论。其实按相对论计算出的时间不是实时间，而是观测到的时间，说白点，观测到的是过去，是己过去的时间，虚时间。广义相对论目前未找到反例，引力波的发现再一次证明广义相对论是可靠的，据广义相对论的光速延迟效应，我们目前只可观测到过去，而不能观测到现在，所有观测到的均己发生过，不可更改。现在这刻发生的，目前不可能观测到，绝对的实时间观测不到，不存在，也无法实时比较，只可推测，只可推测物体运动变化先后性。
熵只增不减，单调递增，对应的实时间也单调递增。实时间不会跨越，也不会打结，折叠。
结论:实时间不变，时间不反演，不快进，不折叠，时空旅行不可行。
stemmer原创观点，保留版权，转载注明。

rynet

题主的前半部分问题，完全就是一个狭义相对论的问题，关于时间膨胀的。


其实难懂是因为大家只针对相对论的结论去思考。如果大家能看看狭义相对论的原理还有一些推导过程，会发现并没有那么难以理解，一切都结论都是那么水到渠成。
狭义相对论两大原理

光速不变原理（实际叫作光速不叠加更好）
狭义相对性原理（后来的广义相对论，直接推广为相对性原理）

狭义相对论神奇就神奇在第一条原理。它规定了任意惯性系中光速为恒值。因为这与我们的认定的常识相违背。由此产生了洛伦兹变换式，也就是那些狭义相对论结论的基础数学变换式。大家有兴趣可以去网上找找看看，不难的。


有了这些变换式，那些像钟慢尺缩，质量增大，速度叠加 甚至 质能转换式 也可以推到出来。


题主所提的后半部分问题

实际上在相对论中，或者是爱因斯坦从未说过能回到过去啊，穿越未来啊。本身相对论中就是禁止发生这些事的。
那么所谓的时间穿越是怎么实现呢？
其实很简单，在狭义相对论中，如果你在一艘超高速的火箭里，假设运行一年，但地球上已经过了一百年，这时你回到地球，就会发现，人类的社会已经过了100年了，就像穿越到未来一样。


广义相对论中，你可以不需要那么高速的飞行器，你可以坐飞船去大质量天体附近逛一圈，比如黑洞。。。，但是注意不要被吸进去哦，逛完之后再回到地球，你会发现，虽然你才出去一会会儿，但地球已经过去了数百年！

傲雪风

我不是科学家啦，我用我自己的理解方式理解的你这两个问题，很有可能是不对的，我只是说说，如果不对不要被我误导。
我觉得你之所以理解不了，还是因为你把时间作为了不变的标的物，而相对论不变的标的物是光速而不是时间，这个弯儿转不过来，就很难理解的了。举个例子: 把你的飞行器比作火车，那对面跟你一样速度的火车跟你对着开，相对来说速度是多少？如果用时间恒定，就是你现在的理解，那就是两倍光速。而以光速恒定，那它还是光速！如何做到还是光速，那只能是你火车外部的时间变快！（相对于时间恒定:同样是一公里，若果需要一分钟跑完，那么如果时间变快，半分钟=1分钟，那么一公里只要半分钟，相对来说速度快了。把他反过来想，速度一定，那么时间快了。）外部的时间快了，相对的你的火车内部的时间慢了，以保证你的火车相对于外界一切速度的变化，保持最快不超过光速。所以，因为你外界的事物都在运动，所以你的时间比外界要慢的多。这只是我的理解，不是答案啊！
第二个问题穿越的问题，这个我想你要先搞明白纬度是个啥，这就挺难解释，而且说法也不统一，你可以多看看这方面的文章。如果这个能理解，这个穿越问题，就不难理解了。给你个提示吧，首先理解 “点” 的概念。这是理解纬度的基础我觉得。