2014年，由克里斯托弗·諾蘭執(zhí)導的科幻冒險電影《星際穿越》全球震撼上映，在迎來票房和口碑雙豐收的同時，也引發(fā)了一場人們對于時空旅行的思索和討論。

影片中，一隊探險家試圖通過蟲洞通道回到過去，尋找可拯救地球的植物和農(nóng)作物。然而，當通過蟲洞的時候，他們發(fā)現(xiàn)飛船上的一個小時相當于地球上的七年時間。造化弄人，當主人公回到地球時，自己的女兒已經(jīng)白發(fā)蒼蒼，而父親卻和坐上小火箭離去的時候那么年輕。當我們?yōu)槠嗝赖墓适逻駠u不已時，我們不禁要問，時間真的可以變慢嗎？

答案是肯定的，影片中的這一情節(jié)正是根據(jù)確鑿的科學理論改編而成，這個理論正是相對論。

相對論是關(guān)于時空和引力的基本理論，主要由阿爾伯特·愛因斯坦創(chuàng)立，依據(jù)研究的對象不同分為狹義相對論和廣義相對論。研究對象是超越人們?nèi)粘＝?jīng)驗的高速運動世界和廣闊的宇宙。

在狹義相對論中， 愛因斯坦提出的“四維空間”是一個時空的概念。簡單來說，我們的宇宙是由時間和空間構(gòu)成。時空的關(guān)系，是在空間的架構(gòu)上比普通三維空間的長、寬、高三條軸外又加了一條時間軸。

狹義相對論還認為，運動中的尺子會縮短，這就是著名的“尺縮效應(yīng)”。人們平時處在低速運動中不會覺察，但如果以每秒26萬公里的速度運動時，一米的尺子就會縮成半米。狹義相對論表明，高速旅行會使時間變慢。假定將來人們能制造一艘接近光速飛行的宇宙飛船，從地球出發(fā)飛向遙遠的星系，來回的旅程僅僅幾年，但在此期間地球上已過去了幾千年。

這就是為什么電影《星際穿越》 中，飛船上的一個小時相當于地球上七年時間的理論依據(jù)。

狹義相對論是由愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎(chǔ)上創(chuàng)立的時空理論，是對牛頓時空觀的拓展和修正。 愛因斯坦以光速不變原理出發(fā)，建立了新的時空觀。

1915年，愛因斯坦把狹義相對論發(fā)展成廣義相對論。廣義相對論認為，沒有物質(zhì)的時空是平坦的，有物質(zhì)存在的時空就變得彎曲了，兩點之間的距離因物質(zhì)的存在而被拉伸或擠壓。打一個直觀的比方，水平抻開的一塊布應(yīng)該是平坦的，當你在布上放置一個鉛球后，布面就變得彎曲了，這時再放置一個小玻璃球在布上，它就會滾向中央的鉛球。同理，星球的質(zhì)量使周圍的時空彎曲，星球上的“引力”實際上是一個時空被彎曲的現(xiàn)象。

根據(jù)廣義相對論，1939年美國物理學家奧本海默證明，假如星體質(zhì)量聚集到一個足夠小的球狀區(qū)域里，引力的強烈擠壓會使那個天體的密度無限增大，然后產(chǎn)生災難性的坍塌，使那里的時空變得無限彎曲，這就是人們常聽說的黑洞。廣義相對論是不可思議的想象力與合理性的完美結(jié)合，為理論物理學樹立了一個典范。

作為相對論的一個推論，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：能量等于質(zhì)量乘以光速的平方。在這一理論的指導下，1939年，科學家找到了通過核裂變把質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，釋放巨大原子能的鏈式反應(yīng)，進而制造了原子彈，后來又利用核聚變發(fā)明了氫彈。而可以控制反應(yīng)劇烈程度的核反應(yīng)堆的和平利用，比如核電站、可控核反應(yīng)堆供暖系統(tǒng)等極大地改善了人們的生活。

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)也依賴于相對論。愛因斯坦指出：傳統(tǒng)的時間概念只能在簡單的條件下才能確定，當多種因素暫時聯(lián)系起來的時候，傳統(tǒng)的計時方法就失去作用。全球定位衛(wèi)星發(fā)出的信號，由于處在不同的參照系上，時空無法和地面同步，只有根據(jù)衛(wèi)星和地面的原子鐘不斷調(diào)整時間，才能保證定位系統(tǒng)的精確。

1976年，物理學家維索特和列文向太空發(fā)射了一枚載有時鐘的火箭。他們觀察到，這個時鐘與放置在地球上的時鐘相比，多獲得了1/10微秒。他們認為，為了在未來時光中旅行，就需要利用那些強度遠高于地球重力的引力場，比如中子星引力場。如果讓飛船到達一顆中子星上，就會在未來的時光中邁出一大步。

相對論發(fā)展了牛頓力學，極大地改變了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出的“同時的相對性”、“四維時空”、“彎曲時空”等全新的概念，讓整個科學界為之一震，推動物理學發(fā)展到一個新的階段。而人類對于相對論的創(chuàng)造性應(yīng)用，也必將為我們的生活和未來帶來翻天覆地的變化。