我說：”要來談時光旅行，首先要先來了解愛因斯坦徹底顛覆了世人對時間的基本概念。我們根深蒂固地覺得時間是絕對的，不管到宇宙的哪裡，1秒的長度都是一樣，但是，其實不是。愛因斯坦告訴我們地球上的一秒鐘和黑洞上的一秒鐘不是相等的，靜止在地面上的我們和坐在太空梭上的太空人，我們的手錶走的時間也不是相等的…”
她說：”怎麼這麼奇怪，愛因斯坦真是個怪人，怎麼會想出這麼奇怪的事啊?”
我說：” 愛因斯坦是不是個怪人，我不知道，大部分的科學家都有點怪吧！但是我覺得他富有豐富的想像力，這點應該無庸置疑。你最近不是剛學了牛頓定律，可以先告訴我嗎?因為我們要自牛頓說起…”
她說：”嗯，第一定律是慣性定律，靜者恆靜，動者恆動，意思是當物體不受外力或合力為零時，物體都會保持靜止或保持等速直線運動。”
我說：”這其實是伽利略的想法哦。在西元前三百多年時，亞里斯多德認為所有的物體都有它自己完美的自然位置，那也是物體最終會回到的位置。也就是像運動中的物體最終會停下來或物體最終會掉落在地面上，是因為這些物體終於回到他們這個所謂完美的位置上了。
她說：”這想法有點可愛欸，非常”人”性化。”
我說：”但是到了十六七世紀，伽利略則有不同的想法。他主張施加外力在物體上時，改變的是物體的速度而不是位置；而且想要維持物體速度不變，並不需要任何外力。為了證實他的主張，伽利略做了一點頭腦體操如下。”
她說：”我們課本有這個圖哦。”
我說：”那你可以告訴我這個圖在說甚麼嗎?”
她說：”哦，我想一下…它是說假如你把一顆球從A滾下斜面AB，滾到最底端後，小球會自然地滾上斜面BC，最後小球一定會滾到與A同樣高度的C。當然，兩塊斜面都要非常的平滑，摩擦力很小，而且空氣阻力很弱，以至於可以忽略不計。
那假如斜面是BD、BE或BF，小球也同樣地會滾到與A同樣高度的位置喔。
再假如我們把斜面逐漸延長，最後變成水平面BH，小球本來應該回到與A同高度的位置，但是由於BH是水平的，所以小球永遠不可能滾到先前A的高度，因此小球會不停地呈等速直線運動。”
我說：”哇，你講的好清楚喔。然而這個想法和現實狀況實在太不一樣了，我們看見現實世界中的每樣東西最後都停下來了，哪有動者恆動啊，因此就又被擱著了。一直到牛頓廿三歲時(1666)，他徹底地擺脫了亞里斯多德，創造”力”（force）做為基礎的新力學。牛頓的第一定律其實正是伽利略所提出的慣性定律。那第二定律呢?”
她說：”我知道這最初是伽利略想的喔！第二定律是F=ma”
我說：”那是…”
她說：”作用於物體的外力等於此物體的質量乘以加速度。”
我說：”那第三定律呢?”
她說：”作用力等於反作用力。那這和愛因斯坦的理論有甚麼關係啊?！”
我說：”愛因斯坦在16歲的時候，有一天作了一個白日夢。他想如果他以光速c追一道光束，則光束看起來會如何？你覺得呢?”
她說：”靜止的嗎?！像我們的車子假如跑得和高速公路隔壁車道的汽車一樣快的話，我們看著隔壁汽車裡的駕駛，我們會覺得他是靜止的吧。”
我說：”答對了。因為在牛頓的世界裡，其實也是我們感官認知的世界裡，若是施的力夠大像丟石頭發射火箭，或是跑得夠快的話(F=ma)，照理講應該可以追得上任何運動中的物體，包含光束。”
她說：”所以假如我們跑得夠快，或我們的太空船跑得夠快的話，就應該可以追得上光束。但是光束會靜止不動嗎? 靜止不動的光看起來像甚麼?你曾經告訴我光也是一種波，靜止不動的光波想起來就有點奇怪欸！”
我說：”啊哈，愛因斯坦就像你現在一樣提出相同的問題哦。但是，奇怪的是，不管是從實際實驗，或是從數學方程式，光波從來都不會靜止不動。(所謂的數學方程式其實是馬克士威電磁波方程組，以後再告訴你是甚麼。你先知道馬克士威被認為是對二十世紀最有影響力的十九世紀物理學家。他對科學的貢獻僅次於愛因斯坦哦！)。所以後來，愛因斯坦在1905年提出了物理學的新假設，那就是不論我們與光束的相對速度為何，光在真空中的速度都是固定的，約每秒30萬公里。這個假設最後導致了相對論原理。”
她說：”我搞混了，你是說不管我們跑得多快，就算有一天我們可以跑到每秒30萬公里，我們看到光束還是以每秒30萬公里離開我們！?我們永遠永遠也追不上光束！?”
我說：”答對了。”
她說：”怎麼可能?”
我說：”這個結論的確是違反我們對這個世界的常識，所以愛因斯坦想了很久，也和他的朋友討論了很久。直到有一次他搭上電車，看著城裡的鐘塔，他想像如果現在電車以光束的速度開離鐘塔，那鐘塔的時鐘看起來會如何呢?你猜…先從你的眼睛如何看到一樣東西去想，不用想得太複雜…”
她說：”嗯…我們之所以看得見鐘上面的時間，是因為我們的眼睛接收到光線從鐘上面跑回來。那現在電車以光束的速度開離鐘塔，我們的眼睛也以光束的速度開離鐘塔，所以光線就追不上我們的眼睛，於是，時鐘的時針看起來就像凍結在那裏了…是嗎?好奇怪喔！”
我說：”你好聰明哦。沒錯，假如電車以光束的速度開離鐘塔，鐘塔的時針看起來就像停止了。但是，假如這時電車上的愛因斯坦看一下自己手上的手錶，卻還是正常滴滴答答的走。所以他自己的時間沒變，但外面的鐘卻停止了。”
她說：”哇！cool 喔！”
我說：”所以，愛因斯坦得出一個完全顛覆當下物理世界的理論。"時間"不是絕對的，在我們看來，全宇宙的時間可以以不同的速率走，和物體移動的快慢有關係。相對我們移動的越快，上面的時間看起來就越慢，這就是狹義相對論的精隨。在相對論中，時間與空間一起組成四維時空，構成宇宙的基本結構。時間與空間都不是絕對的。這和牛頓的觀點大不相同，牛頓的觀點是建立在時間與空間是”絕對”的假設上。在牛頓的世界裡，如果我們把時鐘放在宇宙的各個角落，再將每個時鐘調成同步，那這些時鐘在宇宙裡的每個角落也會整齊劃一地走著。但愛因斯坦是說地球上的1秒鐘，和月球上的1秒鐘，或和木星上的1秒鐘，長度都不同。移動越快者，時間相對越慢。和時間一樣，空間也是相對的，地球的量尺長度和月球上的量尺長度，或和木星上的量尺長度，都是不相同。移動越快者，量尺的長度相對的越短。”
她說：”這真是太玄了。那為什麼我們感覺不到時間變慢啊！”
我說：”因為相對於光速，我們的速度太慢了，很難察覺差異。一如你現在在學的重力，站在我們家17樓和站在地面上感覺不到地球重力的差異一樣。相對論在1905年提出後，在一九七一年，物理學家哈菲爾(Joe Hafele) 與基廷(Richard Keating) 真的做了實驗。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行，然後將讀到的時間與留在地面上完全一樣的時鐘做比較。結果証實了在飛機上的時間流逝得比實驗室裡的慢。”
她說：”媽媽，像你這樣子常常飛，你在飛機上的時鐘走得比地球上的時鐘慢，意思是你會比實際地球上同年紀的人年輕喔。”
我說：”理論是啊，我體內的生物時鐘是應該比地球上同年紀的人年輕。只是，不幸的是旅途的勞頓使我表面蒼老的速度又大於地球上同年紀的人了，所以”面子上”是沒有賺到啦！但身體應該是有賺到喔，難怪我健康得像頭牛。”
她說：”哦，所以，假如你飛得更快，時間就過得越慢，你就會凍齡了。然後有一天你飛回來，地球上的人就都變得比你老了。是嗎? 那那…你會不會變得比我小啊?！”
我說：”真好，你把我要講的都講了，當我回來地球時，地球的時間過得比我的時間還快，所以對地球上的人來說，我相當去到了未來。”
她說：”是去了未來嗎?”
我說：”例如，有一天你決定搭透明太空船到外太空旅遊，而你姊姊Gina是留在地球上，你在透明太空船上是利用光束在兩個平行鏡子間來回反射來計時，每次光擊中鏡面，就會發出一聲「滴答」。你姊姊則是透過無線電聽到滴答的聲音，但眼睛可以透過透明的太空船看到你的計時器。
兩個平行鏡子間的距離是L
你的太空船的速度是v
光速是 c
所以你在太空船上聽到滴答聲音的時間是
Tt=2L/c ; L = 1/2 Tt x c
而姊姊在聽到滴答聲音時，卻同時看到你的平行鏡子跟著太空船已經自a點飛到b點，移動距離是D。因為當光在兩面鏡子之間來回撞擊時，鏡子會以速度v做水平移動。因此，姊姊會觀察到光是以對角線路徑H前進，才能在移動的鏡面持續撞擊。
所以 D=v x Tg (太空船載著鏡子飛行的距離)
H = 1/2 x Tg x c (光走的距離)
利用畢氏定理 H2
= L2 + (1/2 D)2
(1/2 Tg x c)2 = (1/2 Tt x
c)2 + (1/2 Tg x v)2
(Tg x c)2 – (Tg x v)2
= (Tt x c)2
Tg2(c2 – v2)
= Tt2 x c2
Tg2(1 – (v/c)2)
= Tt2
這個式子，你可以看到
1.
當你飛行得不夠快時，分母幾乎是 1(因為v/c幾乎是零)，所以你和姊姊的時間幾乎是一樣
2.
但當你飛行得越快，代表v越大，分母則越小，所以Tg變大，表示姊姊看見你的時間是變慢了，雖然你沒有感覺有任何的改變(還是Tt)。我們來舉一個例子。例如你以0.8倍的光速飛行，飛了30年，但是對姊姊而言，她的時間卻已經走了50 年，你自己把數字帶進公式算一下(Tg = 30/0.6=50年)。
3.
再當你越接近光速飛行時，分母會變成無限小，Tg會變成無限大，所以姊姊會覺得你已經慢到停下來了。你的1秒鐘，姊姊覺得真是無限的長。”
她說：”媽媽，我可能還要再想一下這個公式，但怎麼可能那麼簡單的導出相對論啊！”
我說：”是那麼簡單的觀念啊。因此，當你以0.8倍的光速飛行，在外太空飛了30年，回到地球卻發現姊姊在地球上已經是過了50 年。所以才會說你是回到未來，你回到20 年後的未來。你本來就比姊姊年輕4歲，經過環宇宙旅行30年，你已經比姊姊年輕了24歲了。”
她說：”哇塞，我還真可以當姊姊的女兒了。但是等等，既然是”相對”的，那為什麼不是姊姊覺得是她在搭乘地球太空船以0.8倍的光速飛行遠離我??是她的時間變慢，不是我的??”
我說：”這個問題很好喔，套用你正在學的，可以簡單地想，因為所謂加速運動是相對於整個慣性座標。總不能以你的太空船為慣性座標，而整個宇宙是以0.8倍的光速遠離你啊！不過你的問題是對的，也值得思考喔。今日已經講很多了，你也要消化一下，我們下一次再繼續”時光旅行”。”
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