知乎：银河系和狭义相对论
抱歉，纯科普。这是两篇知乎问答。问题分别是：
问：我们没有从银河系外观察过太阳系，那么是怎么得出太阳系处于银河的第二悬臂之中的呢？[原文][↑]
这个理论上来说很简单，虽然实际操作很复杂。
可以设想一种场景：你站在一个很多人的广场上，那么你如何判断自己相对于其他人处在什么样的位置呢？
假定你可以很准确的估算出自己和任意一个人的距离，那么这时候你可以自信的拿出一张纸一直铅笔，先在纸上随便画一个点，表示自己，然后把其他的每一个人跟自己的距离和方位绘制在纸上，最后，你很惊奇的发现，广场上的人不是均匀分布的，而是呈现一个漩涡状，而你，恰好在这个漩涡的一个旋臂上。
实际上，这里最重要的问题是：你怎么来确定自己和其它人的距离。当然，同样的问题在天文学中也是最关键的。要想测量我们和一个天体的距离，没有一个很统一的方法，但是我们有一个较为完整的测距体系，就是常说的距离阶梯。可以给个图片［1］：
这张图片展示了我们在什么样的距离上需要用到什么样的测距方法。图片最左边是距离，其中 pc 是距离单位，称为秒差距[2]，图中还标明了到多远是银河系之内。具体就不讲了，足够再开一个问题了。总之，我们就是可以用一系列的方法来确定银河系中其他天体的相对我们的距离和方位，这样我们就可以绘制出一张银河系的草图，其中自然有我们的位置，因为我们这张图是以我们为基准绘制的。
[1]：引力与时空，by Ohanian＆Ruffini。
[2]：http://en.wikipedia.org/wiki/Parsec , http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A7%92%E5%B7%AE%E8%B7%9D
问：如果人没有对光的感知，能发现相对论吗？相对论可以看做是人为了解释人对光的感知的一种理论吗？[原文][↑]
前一个问题不知道，说一下后一个问题。
如果我理解的的没错，对光感知的理论意思应该是指用来描述我们看到的现象的理论。
（狭义）相对论毫无疑问是可以描述人对于光的观测的理论。这是必然的，如果连我们要观测的现象都不能描述不能预测的话，那简直不能称之为物理理论了。
问题的意思可能是说，我们之所以会有（狭义）相对论这样一个理论，是因为光传播速度是有限一定的，所以我们才会看到很多奇怪的现象，比如我们不能知道过去所有地方发生的事情等等。这个理解很有限，其实这个坑要比这些表面的东西深得多。
（狭义）相对论绝对不仅仅是一个描述现象的理论，可以说，它是一个“管理论的理论”。所有这一切，要从为什么光（电磁波）速度不变说起。
光速为什么跟不同的惯性观者的无关呢？那得说说 Maxwell 方程组。这个方程组可以描述一切的电场磁场现象，并且是由很多的实验和生活经验验证的。然后我们可以从这个方程组里面拿到电磁波的传播方程。奇怪的是，这组方程里面看到波速是由两个完全不变的真空的常数决定的，而且这两个常数分别体现了真空对电场和磁场的性质，更加稀奇的是，这个速度跟惯性观测者没有关系。哇塞，这说明什么？
* 光速是真空的一种性质；
* 光速确实跟不同的观测者无关。
然后，Einstein 等人做了一件很厉害的事情。他们把这几个事实加上一些物理直觉和物理实验等等，得到了我们的时空的性质。如何？你看我们剔除了所有的物质，剩的什么都没有了，那还有什么能决定光速呢？或者真空不空，或者时空本身是有一些特定的性质的，或者两者都可能。这里我们主要考虑第二点。我们生活的时空本身应该是有某些属性的，准确的说是个 Minkowski 时空，这就是（狭义）相对论最终要告诉我们的。
那为什么说这是个“管理论的理论”呢？因为我们之前发现的物理定律是在 Minkowski 时空或者它的（投影）子空间里面的定律。那么如果我们要找一个新的定律，那必定要受到这个时空的属性的限制。这就是为什么（狭义）相对论管得了其他的定律。
如果多说废话的话，实际上物理学中的很多定律，后来大家都走的很远，远远不是定律的意义起初看起来那么显而易见。可以再回想一下整个电磁学 – 电动力学的发展，这段历史是一段很传奇的历史，电荷的发现，电场的定律，磁场的定律，电磁转换，然后电磁波，然后 Einstein 等人走的更远，那就是上面提到的那段。每一个下一步，在之前看来都是很不可思议的。所以，不要被定律的表面意义所迷惑，要往深处挖坑，挖挖挖。
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