广/狭义相对论是什么？
广义相对论与狭义相对论：时空的扭曲与宇宙的宏图
许多人提起相对论，脑海中浮现的往往是爱因斯坦那张吐着舌头的照片，或是那句家喻户晓的“E=mc²”。但相对论，尤其是它庞大的理论体系，远不止于此。它彻底改变了我们对时间、空间、运动，乃至整个宇宙的认知。爱因斯坦的相对论分为两个阶段：狭义相对论（Special Relativity）和广义相对论（General Relativity）。虽然它们都以“相对”为核心，但研究的范畴和侧重点却截然不同。
狭义相对论：速度与时空的基石
狭义相对论，顾名思义，其“狭义”之处在于它专注于研究惯性参考系下的物理规律。惯性参考系，简单来说，就是那些相对于彼此静止或匀速直线运动的参考系。在这个框架下，狭义相对论揭示了速度与时空之间令人震惊的联系，并提出了两个核心的公设：
1. 相对性原理： 物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。这意味着，无论你是在静止的火车上，还是在匀速直线行驶的火车上，你做同样的物理实验，都会得到相同的结果。不存在一个“绝对静止”的参考系，所有的运动都是相对的。
2. 光速不变原理： 在所有惯性参考系中，真空中的光速是一个常数，大约为每秒299,792,458米。无论光源如何运动，观察者如何运动，测量到的真空光速总是相同的。
从这两个看似简单的公设出发，狭义相对论推导出了许多颠覆性的结论：
时间膨胀（Time Dilation）： 运动的时钟比静止的时钟走得慢。速度越快，时间流逝得越慢。这意味着，如果你以接近光速的速度旅行，当你返回地球时，你会发现地球上的时间比你度过的时间要长得多。这并非幻觉，而是真实的时空效应。
长度收缩（Length Contraction）： 运动的物体在其运动方向上会显得比其静止时更短。速度越快，收缩效应越明显。一艘高速飞行的宇宙飞船，对于静止的观察者来说，它的长度会比它本身描述的要短。
质能等价（MassEnergy Equivalence）： 这就是那句著名的 E=mc²。它表明质量（m）和能量（E）是同一事物的不同表现形式，它们可以相互转化。c 代表光速，一个非常大的数值，意味着微小的质量可以转化为巨大的能量，这为原子能的利用提供了理论基础。
速度叠加的非线性： 当我们讨论两个速度叠加时，狭义相对论打破了我们日常经验中的线性相加。例如，如果你在一辆以0.9c的速度行驶的火车上，朝火车前进方向以0.9c的速度扔出一个物体，物体相对于地面的速度并不是0.9c + 0.9c = 1.8c，而是会小于光速c。这再次印证了光速的绝对性。
狭义相对论完美地统一了空间和时间，将它们视为一个不可分割的整体——时空（Spacetime）。在狭义相对论的框架下，观察者所测量到的时间和空间是相互关联的，它们会随着观察者的运动状态而改变。
广义相对论：引力与时空的扭曲
狭义相对论在处理匀速运动时取得了巨大成功，但它无法解释引力，也无法处理非惯性参考系（即存在加速度的参考系）的物理现象。爱因斯坦花费了十年的时间，将相对性原理推广到包括加速度在内的所有参考系，由此诞生了广义相对论。
广义相对论最核心的洞见在于：引力并非一种传统意义上的“力”，而是由质量和能量引起的时空弯曲（Curvature of Spacetime）的表现。 想象一下，在一个拉紧的橡皮膜上放置一个重球，橡皮膜会发生凹陷。这时，如果小弹珠滚过凹陷区域，它的路径就会被“引向”重球，看起来就像是被“吸引”一样。这就是广义相对论对引力的描绘。
广义相对论基于以下核心概念：
等效原理（Equivalence Principle）： 在一个局部区域内，引力的作用与加速参考系的作用是无法区分的。这意味着，在一个封闭的电梯里，你感受到的向下的加速度与地球对你的引力效应是完全相同的。你无法仅凭内部实验来判断自己是处于引力场中，还是在太空中加速运动。
时空几何的弯曲： 质量和能量的存在会弯曲周围的时空。物体（包括光）在弯曲的时空中运动时，会沿着时空中最“直”的路径（称为测地线，geodesic）前进。我们看到的行星围绕太阳运行，就是因为太阳的巨大质量弯曲了周围的时空，而行星则沿着这条弯曲时空中的测地线运动。
广义相对论的预言也极其惊人且经过了无数次的实验验证：
引力时间膨胀（Gravitational Time Dilation）： 在引力场越强的地方，时间流逝得越慢。例如，在地球表面，时间比在太空中高处流逝得略微慢一些。GPS卫星就需要根据广义相对论的效应来校准其时钟，否则定位会产生显著误差。
引力红移（Gravitational Redshift）： 光从强引力场中传播出来时，其频率会降低（波长变长），颜色会偏向红光。反之，光进入强引力场时，频率会升高，颜色会偏向蓝光。
光线的引力偏折（Gravitational Lensing）： 光线在经过大质量天体（如恒星、星系）附近时，会沿着弯曲的时空路径传播，从而发生偏折。在日全食期间观察遥远恒星的光线被太阳偏折，这是广义相对论最早得到验证的现象之一。大质量星系团就像巨大的透镜，能够放大和扭曲其后方天体的光线，形成奇特的“引力透镜”效应。
水星近日点的进动（Perihelion Precession of Mercury）： 牛顿的万有引力定律无法完全解释水星轨道近日点异常进动的现象。广义相对论则精确地预测了这个额外的进动，再次展现了其超越经典物理的强大威力。
引力波（Gravitational Waves）： 大质量天体加速运动（如黑洞合并、中子星碰撞）会产生时空的涟漪，这些涟漪以光速向外传播，即引力波。2015年，LIGO首次直接探测到引力波，这是对广义相对论的又一次里程碑式验证。
总而言之，
狭义相对论 关注的是在没有引力影响下的匀速直线运动，它揭示了时间、空间、质量和能量之间的深刻联系，并统一了空间与时间为时空。
广义相对论 则将引力纳入了相对论的框架，认为引力是质量与能量导致的时空弯曲。它描绘了一个动态的、可弯曲的时空，并解释了从行星轨道到宇宙大尺度结构的各种现象。
广义相对论可以说是爱因斯坦对宇宙最深刻的洞见，它不仅是对牛顿引力理论的超越，更是我们理解宇宙运行规律的基石。从微观粒子到宏观宇宙，相对论的理论体系构筑了一幅令人惊叹的物理世界图景。
许多人提起相对论，脑海中浮现的往往是爱因斯坦那张吐着舌头的照片，或是那句家喻户晓的“E=mc²”。但相对论，尤其是它庞大的理论体系，远不止于此。它彻底改变了我们对时间、空间、运动，乃至整个宇宙的认知。爱因斯坦的相对论分为两个阶段：狭义相对论（Special Relativity）和广义相对论（General Relativity）。虽然它们都以“相对”为核心，但研究的范畴和侧重点却截然不同。
狭义相对论：速度与时空的基石
狭义相对论，顾名思义，其“狭义”之处在于它专注于研究惯性参考系下的物理规律。惯性参考系，简单来说，就是那些相对于彼此静止或匀速直线运动的参考系。在这个框架下，狭义相对论揭示了速度与时空之间令人震惊的联系，并提出了两个核心的公设：
1. 相对性原理： 物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。这意味着，无论你是在静止的火车上，还是在匀速直线行驶的火车上，你做同样的物理实验，都会得到相同的结果。不存在一个“绝对静止”的参考系，所有的运动都是相对的。
2. 光速不变原理： 在所有惯性参考系中，真空中的光速是一个常数，大约为每秒299,792,458米。无论光源如何运动，观察者如何运动，测量到的真空光速总是相同的。
从这两个看似简单的公设出发，狭义相对论推导出了许多颠覆性的结论：
时间膨胀（Time Dilation）： 运动的时钟比静止的时钟走得慢。速度越快，时间流逝得越慢。这意味着，如果你以接近光速的速度旅行，当你返回地球时，你会发现地球上的时间比你度过的时间要长得多。这并非幻觉，而是真实的时空效应。
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质能等价（MassEnergy Equivalence）： 这就是那句著名的 E=mc²。它表明质量（m）和能量（E）是同一事物的不同表现形式，它们可以相互转化。c 代表光速，一个非常大的数值，意味着微小的质量可以转化为巨大的能量，这为原子能的利用提供了理论基础。
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广义相对论最核心的洞见在于：引力并非一种传统意义上的“力”，而是由质量和能量引起的时空弯曲（Curvature of Spacetime）的表现。 想象一下，在一个拉紧的橡皮膜上放置一个重球，橡皮膜会发生凹陷。这时，如果小弹珠滚过凹陷区域，它的路径就会被“引向”重球，看起来就像是被“吸引”一样。这就是广义相对论对引力的描绘。
广义相对论基于以下核心概念：
等效原理（Equivalence Principle）： 在一个局部区域内，引力的作用与加速参考系的作用是无法区分的。这意味着，在一个封闭的电梯里，你感受到的向下的加速度与地球对你的引力效应是完全相同的。你无法仅凭内部实验来判断自己是处于引力场中，还是在太空中加速运动。
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广义相对论的预言也极其惊人且经过了无数次的实验验证：
引力时间膨胀（Gravitational Time Dilation）： 在引力场越强的地方，时间流逝得越慢。例如，在地球表面，时间比在太空中高处流逝得略微慢一些。GPS卫星就需要根据广义相对论的效应来校准其时钟，否则定位会产生显著误差。
引力红移（Gravitational Redshift）： 光从强引力场中传播出来时，其频率会降低（波长变长），颜色会偏向红光。反之，光进入强引力场时，频率会升高，颜色会偏向蓝光。
光线的引力偏折（Gravitational Lensing）： 光线在经过大质量天体（如恒星、星系）附近时，会沿着弯曲的时空路径传播，从而发生偏折。在日全食期间观察遥远恒星的光线被太阳偏折，这是广义相对论最早得到验证的现象之一。大质量星系团就像巨大的透镜，能够放大和扭曲其后方天体的光线，形成奇特的“引力透镜”效应。
水星近日点的进动（Perihelion Precession of Mercury）： 牛顿的万有引力定律无法完全解释水星轨道近日点异常进动的现象。广义相对论则精确地预测了这个额外的进动，再次展现了其超越经典物理的强大威力。
引力波（Gravitational Waves）： 大质量天体加速运动（如黑洞合并、中子星碰撞）会产生时空的涟漪，这些涟漪以光速向外传播，即引力波。2015年，LIGO首次直接探测到引力波，这是对广义相对论的又一次里程碑式验证。
总而言之，
狭义相对论 关注的是在没有引力影响下的匀速直线运动，它揭示了时间、空间、质量和能量之间的深刻联系，并统一了空间与时间为时空。
广义相对论 则将引力纳入了相对论的框架，认为引力是质量与能量导致的时空弯曲。它描绘了一个动态的、可弯曲的时空，并解释了从行星轨道到宇宙大尺度结构的各种现象。
广义相对论可以说是爱因斯坦对宇宙最深刻的洞见，它不仅是对牛顿引力理论的超越，更是我们理解宇宙运行规律的基石。从微观粒子到宏观宇宙，相对论的理论体系构筑了一幅令人惊叹的物理世界图景。
网友意见
算是给 @偷猫 的回答作有点补充，也算是说一点不同的观点。
要几句话讲清楚实在是太难了..建议题主自行读教材..我只能笼统说下我个人理解上的大致理念..
以下把狭义相对论叫SR (special relativity)，广义相对论叫GR(general relativity)。
狭义相对论的主要motivation是:Maxwell方程的协变性很难解释。所谓协变性就是，换一个参考细看，这个方程居然还是对的。所以各个参考系应该地位等价。
高赞答主说原因是MM(迈克尔逊-莫雷)实验，其实我个人认为不太对，根据当时的timeline，爱因斯坦很可能没有非常关注MM实验的结果（事实上是没有很好的渠道拿到实验结果）。而之后Freemann Dyson的演讲里面（我记得陈天权的数学分析附录里面有收录）也认为是研究Maxwell方程促进了狭义相对论。
SR的主要内容是，从光速不变作为基本假设，推导一些同时性和质能相互转化的结果。基本上会一些基本的微积分就能理解。当然如果能够学过微分几何，站在Minkowski Metric来看的话，事情会简单很多，基本上高中/大学物理那些套洛伦兹变换公式的题目都可以画两条直线解决掉。
SR革命性的一点在于，推翻了牛顿时空观下想当然的异地同时概念，告诉大家世界应该是一个协变的 ，并没有一个非常优越的关于时间的foliation.
GR和SR的主要区别在于，不再要求时空是平直的，但是基本上也要求Metric(度规)的index是(1,3)型的。这个时候光速不变/光速是上限可以用timelike/spacelike的geodesic来表述。让metic可以逐点变化让GR从哲学高度就比SR深刻得多。
GR的基本假设是，在没有外力的情况下，物体的轨迹会是geodesic，在平直时空下，geodesic退化为直线，相应表述退化回牛顿第一定律。
GR当然是统一了所有参照系的，事实上从GR之后人们就不再care参照系了，所以你和一个泡在现代理论里比较久的人说统一参照系，他甚至可能意识不到还有参照系这么一回事....
但我觉得GR为统一作的更大的贡献在于GR开启了用内蕴几何量来表述物理的时代，为大统一理清了基本思路。 之后关于弱、电磁、强力的统一理论的思路都是，找一个对称群作为规范群，然后考虑principal bundle。 比方说经典的电磁理论，就可以用U(1)-主丛的曲率复原出来。也是从GR开始，物理和数学的关系开始改变——之前都是根据物理的需要发展一些数学理论，在这之后时常发生数学理论事先造好静待物理理论套用的事情。
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