bidu, from 11142010, drop $4 dollar on china inflation concern and eruo concern, 11162010: back to pre FA area
目录
序..................................................................................................................................1
柔情蜜意之中国相对论............................................................................................4
聊聊狭义相对论........................................................................................................13
第一章一座脆弱的金碧大厦............................................................................14
第二章一朵乌云引发的革命...........................................................................37
第三章 人类科学的异端...................................................................................70
第四章 狭义相对论的挑战.............................................................................196
第五章 学到了什么？.....................................................................................209
著名物理学家评论...................................................................................................213
相对论认识观...................................................................................................214
聊聊《聊聊狭义相对论》...............................................................................216
相对论的数学结论...........................................................................................218
序
数月前，湖南科学技术出版社吴炜给我寄来笔名为仰观苍穹思寰宇写的学术巨著《聊聊狭义相对论》，要我写个序，写完后,总觉得还有该写的话没有写上。现又收到国际著名物理学家、美国某著名大学物理教授、美籍华人甄理（化名）寄来这本书的电子稿，他说他的学生们搜集相关资料汇编一起，准备发布《聊聊狭义相对论》的网络版，将来还有可能将网络版翻译成英文。甄理教授要求我为《聊聊狭义相对论》的网络版再写一个序。我想了想，恭敬不如从命，也正好借此良机在原印刷版的序中加进我此前埋藏于内心深处的感想。
记得当时吴炜告诉我，书的作者是一位中山大学物理系的学生，我就很惊讶，因为我自己是在大学最后一年才学的狭义相对论，而且并没有真正吃透，而这位学生作者居然写了一本厚厚的书。我初学相对论时，感到一直封闭的一只眼睛被爱因斯坦打开了，看到了一个全新的世界，就像动画电影《阿拉丁》中的主题曲唱的那样：“一个全新的世界，一个奇异的新视角，没有人告诉你有什么不可以，或可以去哪里，或告诉你我们沉浸在梦里”。我想，每个学习相对论的人都会有这种感觉。爱因斯坦上世纪初的理论不仅改变了我们对物理世界的理解，也完全改变了后来几代人研究物理的方式。
狭义相对论和广义相对论是爱因斯坦物理所有成就中最高的成就，因为这些理论改变了我们的时空观，改变了经典物理的基石。与量子力学一道，这些理论成为20世纪物理的三大主要成就。所以，为了理解20世纪带来的新的物理世界，我们最好闪电般地接受爱因斯坦理论的精华。这些理论虽然奇妙不可思议，但完全是建立在事实和实验基础上的，已经渗透到现代物理研究的很多方向。
可惜的是，随着中国对科学研究投入的加大以及中国对科学世界贡献的增加，误解相对论的人群也在变大。很多人没有理解相对论理论，没有意识到相对论是基于实验基础上的，不清楚当年爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱这些先驱们是如
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何艰苦卓绝地在实验的基础上建立起狭义相对论的。这些人认为重复相对论的有关实验，利用数学的严谨逻辑再度论证，甚至运用没有数学元素的论证就可以推翻狭义相对论，当然这些“论证”，根据我的先知先觉，不是出现了逻辑错误，就是无视无数实验验证。
另一方面，我想借此机会表达我由来已久的愿望：是时候了，中国科学院理当率先为韩国黄禹锡和贝尔实验室舍恩平反昭雪！想一想，相对论是基于实验基础上的，当年爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱这些先驱们的伟大工作不是倍受质疑的么？然而，一百年过去了，人们幡然醒悟，原来相对论没有任何错误，一切质疑相对论的人都是因为不懂简单的数学知识才产生了荒唐的想法。事实上，相对论发展到今天，我们已经不需要动手再做什么实验，甚至不需要动脑再分析什么相对论的逻辑自洽性，我们所要做的就是完整地愉快地接受相对论。我们知道，黄禹锡先生发表在SCIENCE的论文是建立在实验基础上的，贝尔实验室舍恩的高产论文也是建立在实验基础上的。因此，我始终坚定一个信念，或许不需要一百年，科学家黄禹锡和舍恩被指学术不端都是冤枉的。我，中国科学院理论物理研究研究员李淼，还需要亲自动手做什么物理实验吗？大家知道，我研究理论物理从来没有动手做过什么实验，但我越来越被相对论的魅力征服。爱因斯坦的相对论，就像那迷人的少妇，我为她，相对论，如痴如醉。我真的不禁感叹我的先知先觉：从我第一天读相对论起，虽然我没有真正搞懂，但我真的发现她是那么完美无缺。她，相对论，爱因斯坦的相对论，仿佛那美丽少妇的冰肌玉肤，只有我们拥有了她，才能真正感受到她的滋润，她的炽热，她的芬芳，她的温馨。因此，我，中国科学院理论物理研究研究员李淼，也根本不需要去分析黄禹锡和舍恩的实验，事实上我们搞理论物理研究也从来不分析物理实验报告，但是，我完全肯定黄禹锡和舍恩建立在实验基础上的理论是伟大的科学成就。我，中国科学院理论物理研究研究员李淼，值此良机郑重宣告，中国科学院只有率先为韩国科学家黄禹锡平反昭雪，为贝尔实验室舍恩平反昭雪，才会爆冷在世界科学之林抬起我们高昂的头颅！
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学术巨著《聊聊狭义相对论》的出现，也许会对矫正 “民间”的误解作出很大贡献，至少会帮助缩水进入反相对论“俱乐部”的新人群，因为这本书针对的对象是中学生和大学生。我觉得本书对相对论解释是正确的，并辅以很多生动有趣的例子。作者涉猎极广，对相对论的历史几乎了如指掌。作者所用的语言也应该是年轻人易于接受的语言。当然，有些故事如伽利略比萨斜塔的故事是编造的，这也是为了生动有趣的目的。很多历史应该是准确的。我在阅读这本书的过程中，也学到了一些过去不知道的历史掌故。总之，我感觉作者对狭义相对论的独到见解和丰富的物理学历史知识大大增强了我们关于科学事件的判断能力。正因为如此，我忽然来了一股神，发现我有能力和胆量号召中国科学家率先正确评价黄禹锡和舍恩等基于实验基础从事科学研究却被世界误解的人们。
我反对任何试图重复相对论的实验而把问题复杂化的工作，反对任何试图检验相对论的实验报告而试图超越我们认识的行为，尤其反对任何籍口数学逻辑论证检验相对论的自洽性以实现所谓推翻相对论目的的居心。
我大力向年轻朋友以及对相对论有兴趣的人推荐这本书。
李淼
中国科学院理论物理研究所研究员
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柔情蜜意之 中国相对论
刘 玉 杨龙升
著
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2009年8月上旬，全国两院院士增选候选人公示之际，北漂女孩刘玉实名向中国科学院院士工作局举报：院士候选人、中科院某研究所研究员李三水（化名）养情人、品行不端……
刘玉为何这么做？是受人唆使蓄意破坏李三水的声誉，还是另有隐情？2009年8月，本刊特约记者多次采访刘玉，在她娓娓的讲述中，记者了解到，原来刘玉曾是李三水的情人。在长达8年的交往中，内心渴望婚外激情的李三水，为了顾及家庭和声誉，采取“情到浓时给点钱，招之能来挥之可去”的婚外情安全模式，一次又一次地玩弄刘玉的感情。情伤之下，怒不可遏的刘玉自揭疮疤，写举报信，掀开情人虚伪的面纱……
人生失意时，翩翩走来英俊儒雅的科学家
2001年酷热的夏天，我27岁的人生骤然跌进了冰谷：孕育了5个多月的孩子不幸早产夭折，男友提出分手，长达6年的恋情土崩瓦解……遭遇一连串沉重打击后，我日渐消沉，整天蜗居在租住的小屋里以泪洗面。
6月的一天晚上，在中科院外国专家住宅公寓歌厅当领班的朋友打来电话：“小玉，你成天躲在屋里也不是办法，出来解解闷吧！”草草打扮后，我前往歌厅赴约。灯红酒绿中，看到当领班的朋友正忙着招呼客人，我找了个地方坐下，神情落寞地望着四周。这时，一位中年男子走过来，瞄了我一眼，然后用手指了指我。就在我发蒙不知对方是何用意时，朋友走过来忍不住掩面一笑，凑在我耳边说：“小玉，人家看上你了，一起去唱唱歌吧！”尽管有些吃惊和不悦，我还是忍不住看了一眼对方：一米七的个子，戴着眼镜，穿着米色的衬衣和短裤，浑身上下透出斯文、儒雅的气息，给人一种稳重、安全的感觉。
在朋友的催促下，我忐忑地跟着男子走进一间包房。坐下后，男子给我倒了一杯啤酒，问：“你叫什么名字？”我低着头局促地说：“小玉。”
“小玉？”男子摇摇头，嘴角浮现出一丝轻蔑的笑意，“这不是你的真名吧？”从那一丝笑容里，我敏感地觉察出对方把我当成风尘女子了。于是，我气愤地从包里掏出暂住证，扔在茶几上：“我叫刘玉，朋友平常都叫我小玉！”
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男子打开暂住证，又看看我，连忙换了一副面孔道歉：“对不起，对不起！”随后，他拿出了自己的美国绿卡，说：“我叫李三水，是中科院一个研究所的博士生导师。”
想想自己从四川来到北京都已经很不容易，人家能拿美国绿卡，实在不简单。我捧在手里翻来覆去地看了又看，又望了望眼前这个温和、成熟的男人，我做梦都没想到，第一次来这种娱乐场所，竟有幸遇到一位学识渊博、身份显赫的男人。很快，气氛缓和了下来，我和李三水有一句没一句地聊开了。李三水告诉我：北京某知名学府毕业后，他前往欧洲留学，后又到美国一个知名研究所任职，1999年到中科院某研究所……
“你的工作是不是跟爱因斯坦的差不多呀？”我调侃地笑着问他。
“不一样，可也差不多吧。”李三水淡淡一笑，谦虚地说。这让我对他更多了几分敬仰、崇拜。
这时我才发现，与李三水的卓越、优秀相比，我的人生是何其卑微、坎坷。
1974年10月，我出生在四川达州的一个农村。高考失败后，我在家里种了几年地，一个汗珠子掉在地上摔八瓣，也只能勉强糊口。我感到越来越痛苦、迷茫，难道我要这样生活一辈子吗？
1994年冬天，我跟随老乡到北京谋生。当了大半年餐厅服务员后，我用攒下的几百元辛苦钱报名学习美容。几个月后，我成了一家美容院的美容师。此后，我干得有声有色，收入逐渐多了，于是梦想再奋斗几年，在北京扎根安家。在这期间，我和在北京打工的一个男孩幸福相恋了……
“如果不是我们的孩子早产夭折，此时，我已经是幸福的新娘了……”
我哽咽着，端起酒杯一饮而尽，再也抑制不住的泪水连着埋藏在心里多日的伤痛、委屈、失落，一起滚落出来。李三水轻轻拍了拍我的肩膀，定定地看着我，眼神里充满怜悯。冷不丁，他抓住我的手，“小玉，别伤心了，一切都会好起来的。”感受着他掌心里丝丝的暖意，无助的我慢慢靠在了他宽大的肩膀上。许久，李三水幽幽地对我说：“小玉，现在像你这样纯洁、秀美的女孩已经很难找了！
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可惜，我明天就要去日本做学术交流，恐怕今后再也见不着你了。”“那……我去机场送送你吧！”我唐突地冒出一句。“真的吗？”李三水一愣，显得十分惊异而兴奋，“我可是早上4点多的飞机，你起得来吗？”我摇摇头，红着脸低声说：“可能起不来，要不你打电话叫我吧。”我们互相留了电话。
打车回朝阳区出租屋的途中，夜风习习，一点点荡涤着我心中的伤痛和阴霾。凝望着阑珊的灯火，李三水的影子总在我眼前萦绕：成熟、儒雅、阳光……慢慢地，羞怯的微笑爬上我的脸颊，我心里不禁一阵慌乱。难道，我已经爱上了他？
情到浓时给点钱，婚外情安全模式刺痛我心
翌日一大早，接到李三水的电话，我立即赶往他住的公寓，和他一起去到机场。临上飞机时，李三水掏出200元钱递给我，我说什么也不肯收。“你现在没工作，收下吧，在北京生活离不开钱！”他把钱硬塞到我手里。他温和、关切的目光，体贴的话语，让我心里充满了感激。临别时，他拉着我的手说：“我会天天想你的，等我回来！”望着他过了安检门后仍旧依依不舍地回头冲我微笑，我心里荡起层层幸福的涟漪……
机场送别后，我被像天使一样的李三水激活了，那颗冰冻的心开始融化。每天，我们都会互通电话，倾诉相思之苦。要是哪天他不打电话或电话迟来几分钟，我就像丢了魂似的，坐立不安。
半个月后，李三水告诉我他即将回北京，并给了我研究所司机的电话，让我们一起去机场接他。放下电话，我激动得心都快要从嗓子眼蹦出来，赶紧跑到花店订了一个大花束，特意叮嘱店主，多插几株紫色的薰衣草。在候机大厅，当看到李三水拖着行李微笑着向我走来时，我像一个迎接久违恋人的少女，在众目睽睽下，捧着鲜花满心欢喜地跑过去，展开双臂给了他一个热烈的拥抱。那天晚上，在他的公寓里，我把自己的心和身体毫无保留地给了李三水。
然而，我万万没想到的是，第二天起床后，他做的第一件事竟然是从钱包里掏出800元递给我。我愣愣地看着他，一头雾水。不料，李三水却平静地说：“拿着吧，这是你应得的，我知道你们的行价。”天哪，难道他把我当成“小姐”了？
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可就在昨晚，他还柔情无限地对我说，他是如何如何地想我、爱我。顿时，我有一种被欺骗、玩弄的感觉，抓起他放在枕边的钱哗地扔在地上，几近歇斯底里地吼道：“你把我当什么人了？你这是对我人格的侮辱！”
见我生气了，李三水顿了顿，突然笑了起来：“你想哪去了？如果把你当那种人，不是也侮辱我自己吗？”李三水并没有恼，他从地上捡起钱，然后在我身边坐下，轻轻抚弄着我的手，说：“小玉，实话告诉你吧，其实每个男人心中都有一种浪漫情怀，渴望在婚姻之外找到激情，我也不例外。可我又不能抛开家庭永远地和你在一起，因此除了钱，我不能给你什么，但你要相信，我是爱你的，我希望我们今后还能这样在一起……”
我没再说什么。是啊，像李三水这样有身份、有地位的人，怎么可能抛妻别子，和我在一起？但我相信他是真心爱我的，因为爱我，他才会给我钱。这样一想，我收下了钱，可心里依然摆脱不了出卖身体的耻辱感。为了证明我对李三水死心塌地的爱，我用他给我的钱买了一件短款旗袍，还给他买了一个水晶花瓶，用来插我送给他的花。
此后，李三水在海中市场附近找了一套房子。我们搬了进去，过起了如胶似漆的夫妻生活。与此同时，他还带我到市场选购材料，装修他在海淀区的房子。三个月后，我们搬进了新房，我俨然那里的女主人。
可几天后，一个电话几乎彻底打消了我与李三水长相厮守的幻想。那天，他远在美国照料儿女的老婆突然打来电话，一听是我的声音，顿时提高了警惕：“你是谁，怎么在我家里？”我心里咯噔一下，吓得赶紧挂了电话。晚上，李三水回来后，在阳台上打了近十分钟电话：“老婆，你多心了，接电话的是所里打扫卫生的阿姨，我怎么可能背着你乱来呢……”见李三水费尽唇舌地消除妻子的疑心，我黯然神伤，心里同时涌起一种说不清、道不明的屈辱感：李三水那么在乎他妻子的感受，可他在乎过我吗？那我是他的什么人？
李三水似乎意识到了我们天天在一起可能会影响他的家庭和前途，他忧心忡忡地说：“小玉，这些天，所里传出了不少关于我的风言风语，领导也私下提醒
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过我，不要因为私生活影响前途……”我听懂了他的潜台词，对他说：“我知道该怎么做。”
我落寞地回到了自己的出租屋。可没过几天，李三水就打来电话：“小玉，我想你了！”接到他的电话，我再次像飞蛾扑火一样迫不及待地投入他的怀抱。第二天清晨，当李三水像以往那样再次把800元塞到我手上时，我看着他，淡淡地一笑：“你是担心我破坏你的家庭，怕我今后找你麻烦，拿钱买一份心安，是吗？”李三水摇摇头，痛苦地辩解说：“小玉，我是那样的人吗？你一个人生活，没钱行吗？”看着他言不由衷的样子，我无话可说，只好继续自我安慰，就算是两不相欠吧！
尽管明知和李三水不会有什么结果，但我还是对他欲罢不能。只要他一打来电话，我就会准时赴约。一次离开时，他照样在给了我800元后，轻轻叹了一口气说：“小玉，我不是大款，每次800元积累起来不是小数目。如果今后我出差了，会适当给你一笔钱的。”然而，事实并不像李三水说的那样。我渐渐地发现，只有他需要我时，他才会慷慨解囊；而一旦他长期不能和我在一起或我有求于他，他吝啬得像一毛不拔的铁公鸡。
2002年初秋，弟弟一家从四川老家来北京，我想请他们吃饭，他的脸一下子沉了下来：“需要多少钱？”一听他口气不对，我也生气了：“你随便。”“随便是多少？”他冷冷地问。我说：“吃几碗面条就够！”最后，他极不情愿地给了我200元。离开时，他问我：“你什么时候回来？”我脱口而出：“永远都不回来了！”
迈出门，我泪如雨下，对他失望至极。这个男人优秀、迷人，我也付出了全部，但他的心里根本没给我留一点空间。回想起与李三水认识以来的点点滴滴，我才悲哀地发现，自己不过是他情感空虚时的玩物而已。为了不影响名声和前途，他自作聪明地用钱打发我，我就像他的宠物，召之即来，挥之即去，这么做，可以确保他的婚外情不留任何后患。
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了断孽情自揭疮疤，举报虚伪的院士候选人
一番痛苦挣扎后，我决定离开李三水，寻找自己的幸福。2002年9月，我同认识才三个月的男友闪电结婚。2003年，我随丈夫出国到非洲。我指望，可以用一段新感情来替代那段不堪回首的孽情。然而，剪不断理还乱，到非洲没多久，李三水一封接一封的电子邮件便出现在我的邮箱里：“小玉，你为何绝情地离开我？你知道，没有你在我身边的这些日子，我是多么空虚无助……”尽管知道这是李三水在情感空虚时会对任何一个女人说的甜言蜜语，可我还是鬼迷心窍地相信了，开始和他频繁地互通邮件。
2004年夏天的一个深夜，我正坐在电脑前和李三水理论我和他之间到底是“爱”还是“欲”时，丈夫神不知鬼不觉地出现在我身后，看到了我写给李三水的邮件。质问、争吵、冷战……丈夫最终无法接受这段貌合神离的婚姻。就这样，我的这段婚姻以失败告终。
离婚后，待在非洲的一年时间里，我身边没有亲人，也没有朋友，我就像漂泊的浮萍，无依无靠。百无聊赖中，我只有靠和李三水保持联系打发空虚的时光。潜意识里，我可悲地发现，我竟然还深深地爱着这个男人，我甚至渴望回到他身边，和他重燃旧情。尽管我知道，我一定会被伤得遍体鳞伤……
2005年11月，我回到北京，和李三水约好在研究所见面。时隔三年，他依然那么风度翩翩。在那间摆放着2001年我送他水晶玻璃瓶的办公室里，我们紧紧相拥在一起，诉说着离别后的思念……
从我回国到2009年5月，我和李三水就这样藕断丝连地交往着。期间，他的老婆和儿女已经从美国回到北京，住进了还留有我气息的新房。李三水告诉我，他老婆时刻盯着他，他再也没有疯狂的资本了。而我也已经30多岁了，青春渐逝，该琢磨着干点什么，为自己的后半生打算。
2006年，我回四川达州老家开了一个礼品店，梦想过上富裕而又安稳的日子。可没干几个月，因生意清淡赔了钱，我只好再次回到北京。北京没有我的家，
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可是我在这里已经漂泊了十年，已经熟悉了这里的生活。当然，能与李三水相见，是我说不出口的理由。
2007年，我在北京郊区租了一小块地，尝试种点蔬菜、瓜果。忙了一年，收入几万元，让我看到了希望。2008年，我决定大干一把，和老乡合伙在密云县包了300亩地，试种蔬菜、玉米、向日葵。在此期间，我和李三水依旧断断续续保持联系。一次，李三水特别叮嘱我：他老婆盯得很紧，找他时最好提前电话预约。
可尽管我们小心翼翼，他老婆还是有所觉察。
2008年5月的一天晚上，我给李三水发短信：“你睡了吗？突然好想你！”一会儿，我的手机嘀嘀响了：“我也想你，你来我这里吧。”可几分钟后，收到的一条短信吓了我一跳：“我是李三水的老婆，你是谁？为什么想我老公？”我像做了贼一样，马上关了手机，内心忐忑不安，等待着暴风骤雨的袭来。可是，他老婆并没有找我刨根问底。我不知道李三水当晚是如何向她老婆解释的，只是后来他在给我的邮件里说：“那件事确实给我带来了很大的困扰，到现在她还怀疑。我觉得你太不谨慎了！”为了不破坏李三水的家庭，那以后，我几乎没和他联系了。
2009年，我和朋友开始筹建大棚，前期投入了不少钱，建设周期又比较长，需要一年才能有产出。我的生活一下子变得困难起来，几次想向李三水借几千元，以解燃眉之急，但始终不好意思张口。
5月底，我实在无路可走了，只好硬着头皮打电话向他借3000元。我做梦都没想到，他不仅断然拒绝，还竟然在6月8日发来的短信里说：“我这一生最大的错误就是认识了你这样一个贪得无厌、没有底线的人……”借几千元就贪得无厌、没有底线？我欲哭无泪，想到在一起时他对我说的那些甜言蜜语，可一旦我有求于他时他就立刻翻脸无情，我再也无法抑制住心中的愤怒。
几天后，我去到他办公室找他。没想到，他一见到我竟然一翻白眼，眼神里充满了鄙夷，仿佛我们从没认识过，这种感觉让我周身凉透了。他恬不知耻地说：
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“我不认识你，请你马上离开！”我气得浑身战栗，冲上前去抓住他的衣领，“李三水，你卑鄙、无耻，你不是人！我要和你同归于尽！”李三水一掌推开我，冲出办公室气急败坏地喊道：“保安，快把这个疯女人赶出去！”
被保安推搡出办公室，执迷不悟的我彻底醒了，深深地为自己感到悲哀：为了他，我失去了女人最好的时光和幸福，放弃了很优秀的丈夫，可他只不过把我当成孤单时的填充物、乏味婚姻的调味品。那一刻，我痛下决心：该了断这孽情了！
我本来想把这吞噬我自尊的往事永埋心底，让时间风化，可时隔不久，我竟然看到全国两院院士增选候选人公示名单里有李三水！如果他这样的人当选了院士，岂不是玷污了院士的声誉吗？8月初，在经过一番激烈思想斗争后，我决定自揭伤疤，向中科院院士工作局递交了一份长达四千余字的实名举报信。
无论举报的最终结果是什么，我都会和那段耻辱的往事彻底决裂，让自己浮躁的心平静下来，在京郊安静地种地，用辛勤的汗水，收获真实的幸福和快乐……
(刘玉口述杨龙升执笔)
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聊聊 狭义相对论
仰观苍穹思寰宇
（中华人民共和国中山大学物理学院学生）
著
湖南科学技术出版社
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第一章一座脆弱的金碧大厦
诸位，欢迎加入我的行列！
大家赶快穿好运动鞋，带上装备，拿好旅行包，下面我将带着大伙出发一块到奇幻的相对论世界去冒险。出发之前，我得交代几句，听清楚了喔！
相对论从一开始就以奇怪著称。有人曾说，相对论刚发表时全世界只有12个懂。还有个经典对白，全世界只有3个人懂相对论！恩，除了我和你，我正在想第三个人是谁？再有，相对论创始人爱因斯坦与卓别林在聚会中碰面，卓别林道，大家欢迎我，是因为大家理解我；而大家欢迎你，则是因为大家都不理解你。是的，相对论的“好玩”可见一斑。
你必须时刻保持一个清醒的头脑，常识并不一定就是正确的，反倒往往是错误的。常识常识，就是大家的共识，记住，天才的认识往往跟常人不一样，要不，天才怎么可以叫做天才呢？只有突破常识，才可以成就英雄。来吧，让叛逆来得更猛烈些吧！时代需要异端！（好像偏激了点）
在接下来的旅途中，你将会深刻地认识到这一点。常识往往蒙骗了我们，使我们止步不前，而每一次向常识的挑战，都使人类迈进了一大步。因此，我们要敢于打破旧思想、旧观念，接受新的观点，新的、有事实根据的观点。
我必须得申明，这是一篇不太严肃的介绍相对论的文章，个别地方为了更容易理解，可能已经做了处理，甚至在一些描写中也做了文学加工，不过，这一切都是为了更容易接受、轻松和通俗。但我尽量做到有根据。因此，诸位不要把它当作绝对的事实，一句话，如果想要真正查证相对论的历史，还应回到那些准确的文献中去。
想必你已经雄心勃勃，充满信心，充满憧憬了吧。OK，深舒一口气。记下你现在对相对论的了解和感觉，从而可以与旅途结束后有个比较，这挺重要的。
Are you ready?Let’s go!
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旅途从一座金碧大厦的建造开始。
这是一块优美的土地，人杰地灵。在一望无垠的大海的怀抱中，绿树萦绕，和风轻抚，白云朵朵，鸟语花香，日后温暖的阳光和谐地洒在这片阔土上，一切都是那么的安静祥和。这里的人们世代过着恬适的田园般的生活，正是在这种自由、平等、博爱的环境中，走出了一代又一代、一位又一位人类的杰出代表、开路先锋。现在，我们的足迹已经踏上了悠久的欧洲大陆。
中世纪的人们是非常团结的，大伙在教会的领导下，众志成城组成了支持“地心说”的统一战线，所向披靡，赫然一个超级大联盟。时代总是有那么一些“反革命分子”，总喜欢跟大众站到对面去，而事实又证明，他们似乎往往却是正确的。有一位名叫哥白尼的波兰教士举着横幅“打倒地心说”，义愤填膺。
“地心说”是这时候人们显而易见的常识。地球是宇宙的中心，而其他星星，包括太阳、月亮，都在不断地围绕着地球旋转。是的，这是毋庸置疑的，太阳每天从东方升起，西方降落，还有斗转星移，这都是人们耳濡目染的事实，它不就证明了“地心说”吗？况且，上帝创造了子民，理所当然地要放在宇宙的中心嘛！《圣经》不是早说了吗？哥白尼那个疯子！不识时务！瞎搅和！也正因如此，“地心说”在这时的欧洲占统治地位，禁锢了人们的思想达千年之久。
可是，说实话，“地心说”着实有那么一些不太漂亮的地方。托勒密为了解释解释星辰的运动，不得不引进均轮和本轮，均轮就是行星绕地球的圆周运动，而本轮，指的是行星在绕地球运动的同时，又自己在做小的圆周运动（瞧，这多别扭！）。而且，在预言行星位置的时候，还得假定行星有时候离地球远些，有时又近一些。总之，“地心说”露出了那条不太完美的小辫子。
而历史也开了个玩笑。还真有那么一个爱捉小辫子的家伙，他正是哥白尼。哥白尼花了近四十年的时间，潜心观察日月星辰的运动并纪录下他们的位置（诸位想一下，那时没有望远镜，没有计算机，哥白尼那才叫型呀！）。日复一日，年复一年。最后，他惊奇地发现，如果将太阳作为宇宙的中心，而换成地球和其他星星围绕太阳转的话，前面的不完美就会不复存在，对行星运动的描述就会相当
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的简单，可是，这明显跟常识是相悖的。
哥白尼并没有那么潇洒，“什么常识！让它去见鬼吧！”一句话就干掉了“地心说”。我们试想一下，说这样的话干那样的事情在那时是要掉脑袋的，掉脑袋的事情谁敢鲁莽行事？时代的精英也得给时代屈服呀！哥白尼毕其功于一役，最后写成了《天体运行论》，提出了“日心说”，却辗转不敢公开发表，最终，在1543年，在朋友的劝导下，才在去世前将书籍公诸世人，之后流芳百世。
“长江后浪推前浪”，“江山代有才人出”，这或许应该是我们人类的幸运吧，一个名叫布鲁诺的意大利人接过了历史的重任，开始宣扬前辈的“日心说”，公开支持哥白尼的思想。在时代的发展潮流中，与时代抗争，往往会付出自己的性命，不过却会赢得身前生后名，这，或许是英雄们的宿命。布鲁诺被教会判为“异端”，最后为了科学被用火活活烧死！不过，时代最后也给了他应有的位置，在科学的发展史上留下重重的一笔，也成为了我们心中永远的英雄！
历史的车轮滚滚前行，失之东隅，收之桑榆。继续接过接力捧的是意大利科学家伽利略和德国天文学家开普勒。而他们也将铸造科学的辉煌。
1590年的这一天，风和日丽，不过俗话说得好：“暴风雨来临之前总是宁静的”，或许这也是现在最好的写照吧！希腊先哲亚里士多德的“粉丝”们听说有个不识大体的家伙要公开挑战自己的偶像，一个个愤愤不平，一溜烟地拥到比萨斜塔前打抱不平。一个名叫伽利略的小子拿着两个铁球，一步一步走上了斜塔（如果要加个画外音的话，“这是伽利略的一小步，却是人类科学的一大步”该是挺合适的！）。在这之前，所有的人们都紧密地团结在亚里士多德中央周围，坚定不移地拥护这样的信条：重的物体要比轻的下落地快。这不也是常识嘛！还用说。可是，现在竟有人要“革命”，当反动派，真是吃饱了撑着。全场死一般寂静，伽利略那小子站在斜塔上，看了看下面的人们，心里很是复杂，一来自己是正确的，难以抑制那一种发现了科学真理的兴奋，这是科学家都会有的；再来，这一
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扔，会给自己带来什么呢？赞赏？那不大可能，在这一种唯信条至上的社会，做梦去吧。或许，这一扔之后，我就进了囚室吧！来吧，是福是祸，是祸躲不过，大家别忘了科学英雄的宿命！
两只手同时放开，铁球掉下。如果是电影的话，肯定来个慢镜，再不断穿插伽利略和众人的表情，还得衬上紧张的音乐。生活往往是这样，事与愿违，确实，令人痛心的是，那可恶的铁球居然同时着地，妈的，伽利略那兔崽子竟说对了（我想，这句用在这种场合应该是合适的吧！）！
伴随着铁球那“噔哐”的清脆的响声，亚里士多德也“掉”了下去，而同时，伽利略的名声开始远扬（应该没那么快吧，哎，“聊聊”嘛）。
后来的历史证明，伽利略开创了近代科学，也赢得了后世“近代科学之父”的黄金称誉。类似于斜塔实验，伽利略综合运用实验、思维结合数学的手段，发现了自由落体定律、惯性定律、单摆等时性以及伽利略相对性原理。在这里，值得一提的是伽利略相对性原理，我们在接下来的旅途中还会遇到它，而它也将在物理学的发展史，特别是相对论的历史中担任极其重要的角色。而至于伽利略的其他贡献，这里就不提了，否则就有离题的嫌疑了（就是嘛，你不如去写伽利略传记算了）。
所谓伽利略相对性原理，即
力学定律在任何惯性系中都是相同的。
哇，不是吧，这什么来着？俺看不懂，什么嘛，开玩笑！就是，课本或是大家就喜欢将简单的说复杂，将复杂的简单化，糊弄我们大众，将本来属于大家的科学放上了珠穆朗玛峰！我觉得，科学普及嘛，最重要是简单易懂明了，真正搞理论的才追求什么简洁、准确，把科学通俗化，是最广大人民群众的呼声！
好，对于伽利略相对性原理，咱们玩个游戏，换种说法：在任何惯性系中，不论是张三的，还是李四的，甚至是王五的，通杀，都行！我们在其中做力学实验，结果都是一样的！是的，我去张三的惯性系做实验，和你去李四的惯性系做同样的实验，结果都一样，丝毫没有差别。
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慢着，张三我理解，实验结果我还可以想像是什么。老大，什么是惯性系和力学实验呀？
恩，惯性系，惯性系。举个例子，现在，我们上了一辆公共汽车，而我又特别无聊，把手机放在一张桌子的桌面上（假设有那么一张桌子在车上），说是要玩什么隔空移物，吹牛！首先声明，桌面摩擦力不算哦。突然间，司机要求要加速启动，说要什么feel。只见，那手机竟然向后加速滑去，然后你要分析一下手机的受力，是的，有个重力，还有桌面对它的支持力，恩，这两个力刚好抵消了，那，还有其他力吗？没有了喔，那手机怎么会加速呢，牛大侠（牛顿）不是说，有力的作用才能加速吗？手机没有受到其他的什么力，它怎么就自个儿动了呢？怪事怪事。难道牛哥错了？
先别说那么多，外面站在地上的王五有话说。恩，刚一加速，手机由于惯性，还保持静止，是的，这正是牛顿所说的，没有受力或者受的力抵消了的物体将保持以前的运动，太厉害了，牛兄！
哎呀，奇怪，怎么我们和王五见到的事情不同呢？这样吧，我们在车上，自己理所当然地认为自己不动（也便是常说的，以自己为静止参考系），而是手机在动，地下的王五也人之常情地觉得自己不动，是车在加速。所以，我们看到的就有所差别了。
对了，还有一个问题，我们和王五，一方觉得牛顿似乎是错了，而另一个却继续“顶”他，Why？是的，问题就在这里，惯性系就出现在这里。恩，凡是认为牛顿定律是不正确的就是非惯性系，而觉得牛顿定律没问题的就是惯性系。因此，我们是非惯性系，而王五是惯性系。注意到了没有，我们是在加速的，而王五是静止的，所以，以后，我们可以简单地认为，惯性系就是静止或在做匀速直线运动，非惯性系则是做变速运动的。而至于“惯性系”“非惯性系”，那是物理学家的学术叫法，我们就将就将就，通俗一点算了。
还有，“力学实验”，我们知道，我们身边的物理现象很多很多，像电呀，光呀，温度呀，等等。而我们的力学实验则是指那些没有涉及到电呀，磁呀，热呀
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这些的实验，而只在力的范围内的实验，比如说，伽利略的斜塔的放开两个铁球的实验（当然，这其中我们不考虑铁球的带电、温度……），就是力学实验。
是的。比如，在张三的惯性系中，我们松开手，没错，铁球3秒钟着地。然后，我们到王五的惯性系，在同样的高度松开同样的铁球，是的，它也是3秒钟到地。这两个“3秒钟”，也就是实验结果是一样的。
没错，伽利略相对性原理说的就是这意思。看吧，其实，物理定律也不过如此嘛。伽利略相对性原理其实还可以数学化，也就是说，伽利略相对性原理还可以用数学式子去写，期待吗？咱们后面再说。
说了那么多，无非是要说清楚相对论历史中的“伽利略相对性原理”这个主角，我们还要继续走。
好，回到伽利略的身上。别忘了，前面说到他接过了哥白尼手中的接力捧，声援“日心说”。不错，1609年，伽利略自己制作了一架天文望远镜，还用它观察到了月球表面凹凸不平的地形，看到了土星的光环、太阳黑子等天文现象，并于1610年发现了木星的4颗卫星。几十年磨一剑，经过艰辛的观察和计算，伽利略渐渐坚信“日心说”是正确的，并写下了科学史上的一部巨著——《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。说起来这本书也有点黑色幽默的感觉，这本巨著本来目的是声援“日心说”的，但是伽利略却巧妙地运用对比的笔调，乍一看似乎是在支持托勒密的观点，更令人惊讶的是，这本书竟取得教会的允许并出版，伽利略就是伽利略呀！不过，后来教会还是发现了这一错误，禁止了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》的出版，将其列入“禁书”行列，并开始对伽利略罗列罪名，进行迫害，而最终伽利略还是难逃那个时代里英雄的宿命，在监牢中度过一生，于1642年1月8日与世长辞（而这一年，牛顿来到世上，而300年后的这一天，霍金降临；或许这是薪火相传吧，留下了科学史上的一段佳话。）。 19
话说伽利略开始支持“日心说”，到处去贴大字报——“支持’日心说’是每个公民的权利和义务”“跟着哥白尼，永远闹革命！跟着哥白尼，世界一片红！”“以’日心说’为纲”…… ：）
伽利略的望远镜，成为了其他天文学家有力的武器，他们纠集力量，坚持革命的方针，以“农村包围城市，群众包围教会”的路线，在人民群众中宣传“日心说”，向“统一战线”开火。
不管“地心说”还是“日心说”，都认为天体运行的轨道是绝对的圆周。但是，历史很快就翻开了新的一页。丹麦天文学家第谷毕其一生心血，筚路蓝缕，却没有真正见到他的观察数据放出光芒的那一天。（那个时代呀，搞科学……哎——）临终前，他把其所有的数据结果交给了一个从异国赶来求学的学生，这就是即将名垂青史的德国人开普勒。而历史也将证明，第谷没有看错人。开普勒踩在“巨人”的肩膀上，有了老师的一手资料，再加上他的出众的智慧，观测、计算、分析，以及非凡的数学能力，成就了他的辉煌。开普勒发现天体并非做圆周运动，而是做椭圆形运动！这样就向前大大迈进了一步。
之后，他还提出了后世以他的名字来命名的开普勒三定律，从而加入伽利略的行列，不仅支持“日心说”，还进一步完善了“日心说”。时代发展到了这时候，“日心说”已是进步的潮流，革命的思潮席卷大地，终归有一天，它将把“地心说”丢进历史的垃圾桶，将发出耀眼的金色光芒，将成为人类思想的主流，将成为人类思想的一笔财富。
历史又翻开了新的一页，物理学也匆匆向前发展。在伽利略的惯性定律的基础上，法国一位先锋笛卡儿又踏出了一大步。我相信，笛卡儿，大家一定是熟悉的，要是没了他，咱们就不用辛辛苦苦学习数学上那么boring的解析几何了，不是吗？（^_^）将直线变成方程，代数描述几何，就是由他一手建立的。这样一位天才，不仅数学上建树辉煌，后无来者，物理学上同样留下了他的印记。
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关于笛卡儿，有这么一个美丽而浪漫的故事（关于这个传说，它几乎是不可信的，里面漏洞很多，可能是捏造的。不过，作为一个科学家的故事，它跟牛顿与苹果的故事一样，可以激起很多的震撼和感叹，它甚至可以吸引住人们，使大家喜欢上本来就枯燥的数学。从这个角度来说，它功德无量。这也是我要聊聊它的原因。对于那些希望究其虚实的朋友，可以在互联网上查找相关文章。）。
话说17世纪，黑死病噬虐法国，笛卡儿不得不逃离这个生他养他的国度，背井离乡，沦落到瑞典当乞丐。一日，在某个市场，有一群少女经过，其中一名少女发现他的口音不像是本地人，于是她对笛卡儿非常好奇，于是上前问他：“你从哪里来的啊？”“法国。”“那你是做什么的啊?”“研究数学的，数学家……”然而，这个少女不是别人，她叫克丽丝汀，18岁，是一个公主，她与众不同，相当喜欢数学。当她听了笛卡儿的介绍，非常惊奇和兴奋，于是把笛卡儿请入王宫，当她的老师。而笛卡儿将自己的心血解析几何，亲自传授给了克丽丝汀。俗话说“日久生情”，随着时间的推移，两个人竟然喜欢了对方！这对于皇室来说，是万万的不可以。一个金枝玉叶怎能嫁给一个穷困潦倒的数学家呢？
于是，生气的国王一怒之下，赶走了笛卡儿，并软禁了自己的女儿。笛卡儿回到法国，不久就染上了黑死病，他不断地给公主写信，但是，信件都被国王截收了，克丽丝汀实际上一直都没有看到笛卡儿的信。最后，在笛卡儿生命的最后一刻，他寄出了他的第13封情书，上面只有一条式子：
r=a(1-sinθ)
国王发现并不是一如往常的情话，很是奇怪。国王自然看不懂这条数学式，不过城里的所有科学家也都无人能够明白信的含义。于是国王无奈之下，把信交给了克丽丝汀。当克丽丝汀一看这封信时，高兴地跳了起来，因为她知道她的爱人还在想念她！
实际上，r=a(1-sinθ)这条式子是一条极坐标方程，正是笛卡儿的解析几何中的内容。笛卡儿把解析几何的知识教给克丽丝汀，当时可以说，也大概只有他们两个人精通，这也难怪其他的科学家无人能解，看来，笛卡儿没有看错人。而
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这一条方程，如果画成图像的话，它正是大名鼎鼎的“心脏线”。心！诸位，不用我说，你们也一定知道公主为什么那么高兴了吧！
多年后，国王驾崩，公主继位。当公主再派人去寻找笛卡儿的时候，笛卡儿早已由于黑死病魂归天国了，哎，
公主有情，
苍天无意。
两情长久，
情书玄机。
阴阳两隔，
世传佳迹。
这就是数学中著名的“第13封情信”的故事，现在，这封神奇的情书依旧保存在欧洲的笛卡儿的纪念馆里。或许，现在，笛卡儿正跟自己心爱的公主在那遥远的天国相聚吧，而这也给我们留下了一段浪漫而美丽的爱情故事。
要是说这封情书，那一定是世界上最有创意的情书。
要是说这个故事，那一定是世界上最能感人的故事。
是呀，数学也并不总是那么的枯燥无味，它还是挺甜美、感人的；数学式子也并没有那么的恐怕深奥，原来它还可以“情意绵绵”呀！
当我们在学习难懂的解析几何时，别忘记大师笛卡儿曾经给我们留下了一段动人肺腑的“梁祝”式的爱情佳话。让我们向他脱帽致敬！我们伟大的数学家！我们伟大的物理学家！我们伟大的旗手！我们伟大的先锋！我们伟大的王子！
我们来看看笛卡儿所留给物理学的一笔财富。
伽利略之前，所有的人们都支持亚里士多德关于物体运动的观点，那就是，力是维持物体运动的原因。打个比方说，网球被击出去后，之所以能够向前运动，是因为不断受到一个向前的推力。然而，到了伽利略后，他发起了挑战。他觉得
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亚里士多德的那个推力似乎不存在。通过他那经典的综合运用实验、思维结合数学的手段，提出了一个理想实验，从而指出原先运动着物体在没有受到力的情况下，将以恒定速率运动下去，力并非维持物体运动的原因。是的，这将是赫赫有名的惯性定律。在这里，伽利略的那个实验我就不说了，太逻辑的东西有时得花太多的时间，我们略过这个实验，也无大碍。
注意，伽利略只是指出物体以恒定速率运动下去，而没有说它的路径是怎样的，是直线的呢，还是曲线的？而笛卡儿留下的遗产就是解决了这个问题。他嘿嘿道：那个物体将以直线运动！
笛卡儿第一次较为完整地描述了惯性定律，在物理学史上留下了芳名，让后世瞻仰！
同一时期，荷兰物理学家惠更斯、英国物理学家胡克等人也进一步完善了完全碰撞、行星运动等等问题，使得物理学马不停蹄地奔向前方，即将迎来它第一次的空前大统一，绽放出绚丽多彩的光辉，谱写人类历史上壮丽的篇章！
好，大家都累了，请放下包袱，瞧，路边有一棵苹果树，我们到那树下去休息一会儿，后面的旅途将会更加刺激。
……
这是一棵苹果树，一棵特殊的苹果树。
这是1642年的圣诞节，一个特别的圣诞节。
（事实上，按照现代的日历，这一天应该是1643年1月4日，但是由于宗教的原因，当时英国依旧使用过去的历法，致使我们这一位伟人的诞生日受到了影响。不过，我们沿用旧历法。尊重伟人的时代，至少是我们对伟人的一点点致敬！）
一个小男婴在英国的一个名叫伍尔索普的小镇早产，当时，谁也不会想到，若干年后，竟有一个苹果砸在他的头上，使他发现了一些“酷酷”的东西。这位小男婴后来后来取了一个注定要震动世界、蜚声历史的名字——Issac Newton，艾萨克·牛顿。他就是我们这一章的主角。
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小牛顿出生三个月之前，父亲就已经去世，其时他的生身父母结婚不过半年多。随后的母亲改嫁，小牛顿一直跟着外祖母长大。直到12岁那年，继父去世，小牛顿才回到母亲身边，却惊奇地发现自己多了三个弟妹。（诸位，见到了没有，逆境出人才呀！）
这一切不幸遭遇，给牛顿终身带来了极大的影响，使得他沉默寡言，性格怪癖，不讨人喜欢。
如果说小牛顿要填写作业本的话，那么封面大致该是这样：学校：外祖母小学；班别：一（1）班；姓名：艾萨克·牛顿。小牛顿的小学班主任是外祖母，毕业后，以全校第一名的“优异”成绩进入了格兰萨姆文科中学就读。
在这期间，他寄宿在一位药剂师的家里，不过牛顿并不因此而成为了一位郎中，而是从中阅读了很多书籍，并且“上”了挺多的物理、化学实验课。
但是，牛顿在学校里表现平平，甚至一度是班里的倒数第二，可以说，他更多的时间是花在了课外书籍和实验上。然而，一次他与一个欺负他的“小混混”干过一架之后，爆发了强烈的上进心，从此成绩一跃前茅（据说那个瘪三的实力比牛顿要强，但牛顿却赢了决斗，牛顿，牛！天才，牛！）。之后以优异成绩被荐入剑桥大学三一学院，开启了天才的世纪。
是的，历经千锤百炼，火凤凰终于要浴火而出！
去吧，牛顿！这是一个属于你的世纪，一个属于你的时代！
你将改变整个世界，改变整个科学史，改变整个人类历史！
665到1666年间，剑桥发生了一场大瘟疫，学校被迫停课。牛顿也因此回到外祖母的小村庄那里。事实证明，在某种程度上，我们应该感谢那一场灾难，正是在这18个月里，牛顿在闲适的生活中度过了他一生中最具创造力的时间，创造了一个奇迹年。
牛顿先后主动出击，将万有引力定律、光的色散现象收入囊中，并把微积分
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的发明权挂到自己的名下，我们来看一下：
1665年初，发现逼近级数法；
1665年5月，发现切线方法；
1665年11月，得到直接流数法；
1666年1月，提出颜色理论；
1666年5月，反流数方法；
1666年，万有引力定律初步形成；
……
伟大的天才，伟大的发现！
致敬！
在这里，我们要说的是万有引力，也就是那个“酷酷”的东西。
苹果的故事现在几乎可以认为是假的，但是，无可否认，它给我们带来极大的神往和鼓舞，激励着一代又一代的朋友勇往直前。历史固然重要，但是，我们一样需要科学的鼓舞和神圣。我们姑且抛开其真伪，一起来回味一下。
话说一日，牛顿坐于苹果树下，苦苦思索一些物体运动的问题。突然，一个熟透了的苹果从树上掉了下来，不偏不倚正好砸在牛顿的头上，这一砸可不得了！砸他个灵光顿闪：为什么苹果会掉下来，而不是飞天上去呢？
为什么月亮不会像苹果那样掉下来呢？
要是树长到月亮那么高，苹果还会掉回来吗？
苹果跟月亮背后有什么联系吗？
或更甚一步，地上的物体跟天上的物体背后有什么联系吗？
……
(天才就是与众不同，换成是我——哪个兔崽子砸老子！……不过说真的，跟大家一个样，就不叫天才了，不是吗？成为天才的首要条件——与众不同！)
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这是一个阳光明媚的下午，在苹果树下，牛顿豁然开朗。“我开始想到引力延伸到月球轨道，并且由开普勒定律、行星运动周期倍半正比于它们到轨道中心距离，我推导出使行星维系于其轨道的力，必定反比于它们到其环绕中心距离的平方。因而，对比保持月球在其轨道上的力与地球表面上的重力，我发现它们相当相似。”牛顿后来如是说。（引自《自然哲学之数学原理》）
“站在巨人的肩膀上”，牛顿创造性地发现了万有引力，即任意两个有质量的物体之间都存在相互吸引的力。
1687年，人类应当用黄金来书写的一年。
这一年，牛顿出版了他的光辉巨作——《自然哲学之数学原理》。
在这一元典中，他提出了奠定经典力学基础的牛顿运动三大定律以及万有引力定律。
关于牛顿运动三大定律，诸位在课堂上肯定是接触过、了解过的，因而，你完全可以跳过去，它不会影响我们后面的旅程。在这里，我还是要把它写下来，因为它是人类思想的精华和巅峰。
牛顿第一定律（惯性定律） 每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态。
牛顿第二定律 运动的变化正比于外力，变化的方向沿外力作用的直线方向。
牛顿第三定律 每一种作用都有一个相等的反作用；或者，两个物体间的相互作用总是相等的，而且指向反向。（引自《自然哲学之数学原理》）
而牛顿的万有引力定律说的是：任意两个有质量的物体间都存在着相互吸引的力，其大小与两物体的质量之积成正比，与其距离之平方成反比。
自然语言的描述是抽象的，这就与追求精确的科学的目的相悖，这就产生了矛盾。有矛盾就必须解决矛盾，无论在社会中，还是历史中，甚至生活中，这都
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是不变的解决事情的方法。因此，在科学中也不例外。而锦囊是——用数学语言。
只有数字才能定量地描述一件事或物。打个比方，如果说“这块石头很重”，但是究竟有多重呢？不同的人会有不同的理解。但换成说“这快石头重达100公斤”，那么大家就能取得这块石头很重的统一认识了。这就是数字，或者在扩大一些——数学语言的优势所在。
同样的道理，这个万有引力究竟有多大呢？自然语言很难说得清楚。
要是写成数学式子，运用数字来去描述的话，就相当的直接、明了。
F=GMm/r2
这是万有引力的数学表达式。其中，M、m是两物体的质量，用具体数字代替。r是他们的距离，还是代表某个数字。G是常量，等于6.67×10-11（牛米2/千克2）。
于是，质量均为1千克的两个物体，相距1米的话，我们可以很快地将这些具体数字代入上面那条式子中，运用计算法则得到他们之间的万有引力大小——6.67×10-11牛。大家就能清楚得达成了共识。
如果用自然语言来描述的话，诸位试一下，看看有没有困难。
从中我们可以体会到，数学式子也不过是一种描述事物的语言，它没有什么可怕的。它是人们在解决矛盾过程中的必然结果。而且，它还具有比平常语言的优越性。拥有它，驾弩它，是人类智慧的象征，是一个人素质的体现。
希望一些朋友能够放下对数学的恐惧，而给予它一个正确的对待，还予它一个公正的评价。这不也是我们的责任吗？
人，不能因为个人爱恨，而失去对事物的公平对待。
生活如此，科学亦如此。
好，咱们继续前行。
一开始不被人信服、理解，在嘲讽中成长，最后赢得世人无上的赞赏和荣耀。 27
这是诸多理论的必由之路。
万有引力定律也不例外。然而，历史的车轮滚滚前行，每一样事物最终都会得到它应有的位置。
1781年，英国天文学家威廉·赫歇耳利用望远镜发现了太阳系的第七大行星——天王星。所有人都在期待下一颗行星的登场，然而一无所获。
1821年，人们在计算和观察中发现，天王星的轨道与牛顿万有引力定律的预言有很大偏差，什么原因呢？
一个可能，牛顿错了。
另一个可能，牛顿是对的。如果是这样的话，那就应该有一个未知的天体影响了天王星的运动。
何去何从？历史的判决还是交给实验。
在这千钧一发的时刻，英国剑桥大学学生亚当斯（嘿嘿，牛顿的校友，或者师弟）和法国天文学家勒维烈分别独自经过辛苦的计算，得到了这个未知天体的参数。
1846年9月23日，柏林天文台。漆黑的夜晚。两个青年屏住呼吸，小心翼翼地对准了他们计算得到的位置。
老兄，是这里吗？
我看有点像！
确定一点，好像……
我说兄弟呀，是它吧……应该是的！
我没有眼花吧？
……
历史翻开新的一页，在上面重重地写上：1846年9 月23日，亚当斯和勒维烈发现了人类的第八颗行星——海王星。
牛顿胜利了！
数学胜利了！
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人类胜利了！
这是一次理论预言的光辉典范。人类用他们对大自然的理解和自己的逻辑能力，窥见了上帝的运作秘密！
我们有理由为自己自豪！
我们有理由为自己喝彩！
海王星的发现极大地支持了万有引力定律，人们逐渐消除了对它的怀疑，并在它的指引下，继续像未知领域进发！
回到牛顿身上。
由于在科学上的造诣，尤其是《自然哲学之数学原理》的发表之后，牛顿受到众人的仰慕，震惊了全世界。各国的科学家、元首和贵族都纷纷慕名前来拜访，甚至以见过牛顿为荣。（看来研究科学，赚得也不错……）
“噢，兄弟，俺今天跟牛兄打了个招呼！”一语既出，众人连忙低头哈腰，一脸敬畏的神情。
这或许是当时的一个场面。
牛顿还担任了剑桥大学的卢卡斯数学教授（现在坐镇这一职位的是大物理学家霍金），并且当选为英国皇家学会会长（曾经是胡克的高椅）。
除了这些在科学界的荣耀之外，牛顿在政界混得也不赖。
1689年，国会议员；1696年，造币局总监；1701年，国会议员；1705年，受女王册封成为爵士。
与此同时，牛顿的嘴皮子也不闲着。为了争夺微积分的发明权，牛顿一直跟莱布尼茨纠缠不清，争论不休。（莱布尼茨是德国人，他与牛顿关于微积分发明权的争论也成了数学界的一桩公案，现在认为，莱布尼茨与牛顿各自独立发明了微积分，两人都是微积分的创始人。）
研究炼金术、上帝和《圣经》，也是牛顿后半世的重要节目。（这个……）
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牛顿还是个“钻石王老五”，终生未娶。（搞科学得献身哪！）
苹果树下。
一丝夕阳的余晖微弱地透过苹果树叶的空隙，隐约地照在一本画了很多几何曲线的书上。
牛顿拖着疲倦的身子靠在树边，看着手里的——是自己的心血——《自然哲学之数学原理》。
一幕幕往事涌上了心间。
曾经我被父亲抛弃……
曾经我在外祖母手把手下学习、写字……
曾经我跟那位同学决斗……
曾经我在这棵苹果树下……
曾经我与胡克争吵……
曾经我在多少个不眠夜晚挑灯书写《自然哲学之数学原理》……
曾经我接受无上的荣耀……
曾经我被陛下授予爵士……
曾经我与莱布尼茨论剑……
曾经我……
哎——奔波一生，荣誉万千！心中困惑，不知遂否？
牛顿抬起头，长吁了一口气。
可惜，炼丹术还没有结果。可惜，我还没有找到上帝的足迹。可惜，流数（微积分）的优先权还在争论。可惜，当年与胡克的针锋……
一阵微风吹过，翻动了书页，最后停在开头的几页上。
这一页写的不是别的，上面正是第一定律：
每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使
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它改变那个状态。
牛顿看了一下，脸上闪过一丝微笑。他想，
只是，不知，我的定律会不会遇到外力呢？几百年后它还是现在的状态吗？
……
1727年3月20日，牛顿离开人世，享年85岁。英国王室在西敏寺大教堂为这位人类最伟大的科学家举行了国葬。
或许，牛顿是睿智的，他敏锐地觉察到了他的理论的危机。
不过，现在我们还是先来看看牛顿以后物理学的发展。
牛顿运动定律和万有引力定律的建立，标志着完整的经典力学体系的形成，人们第一次统一了那么广阔的物理帝国，从天上到地下，从地球到遥远的恒星，无不划进我们的疆域之中。从此以后，物理学成为了一门成熟的自然科学，繁衍生息，一直到今天。
在这一点上，牛顿功不可磨。
围绕着牛顿建立起来的经典力学体系，后来的物理学家们先后从动量、能量角度描述了牛顿定律，从17世纪到19世纪，陆续建立起了分析力学、刚体力学、弹性力学、流体力学……
19世纪，物理学除了在经典力学领域的所向披靡外，在其他的方面也战绩斐然。
英国物理学家麦克斯韦分别于1856年、1861年和1865年发表了三篇划时代的论文，建立起坚如磐石的经典电磁学理论，其中提出了著名的麦克斯韦方程组，被誉为上帝的诗篇，构建了经典电磁学的完美架构。
或许，我们应该来看一下这又一位充满神奇色彩的英国天才。
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伟大的奥斯特发现了电流的磁效应，再加上伟大的安培的开创工作，两位先贤描绘了电磁大厦的草图。
伟大的法拉第用电磁感应定律为大厦奠定了坚实的基础。
而伟大的麦克斯韦在竣工那天，以电磁学方程组为它剪彩，标志大厦的最终落成。
乌尔河在碧绿的田野中辗转迂回，静静地流向远方。帕顿教堂肃静而又高耸，倒映在平静清澈的肯湖中。一切的一切，都是那么的恬适而美丽。
1831年，在母亲40岁那年，麦克斯韦在爱丁堡来到了人间。虎父无犬子。父亲是一个律师，同样也是皇家学会的会员，这也使得小麦克斯韦能够经常跟着老爸去听一下科学讲座，即使不一定听懂，但是小麦克斯韦无疑受到了这种气氛的熏陶。
8岁时，母亲撒手离开人世，享年48岁。（注意这个！）
小时候的麦克斯韦并不惹人喜欢。一身不入流的奇装异服，再加上看上去有点呆呆的样子，往往成了同学们的笑柄。不过，古语有云“天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身”。在磨难中长大，往往更能考验一个人的意志，挺过来了就是英雄！
有这么一个有趣的故事。一天，小麦克斯韦对着一瓶菊花写生，结果纸上竟然画满了三角形的叶子，圆形、椭圆形的花朵！（How can he do it like that?）父亲是个明眼人，早就发现了他的数学天赋，提前辅导他学习了几何，还有代数。是的，英雄的光芒即将要照亮人间！
还未满15岁，麦克斯韦就竟然在《爱丁堡皇家学会学报》上发表了一篇数学论文！讨论了如何最简便地画出椭圆来。要知道，学报平时都是只发表大师级的论著，一个小孩竟然能够在这样的学报上占有一席之地，好生了得！
1850年，麦克斯韦进入牛顿的母校——剑桥大学学习，师从霍普金斯，四年后以优异成绩结束学业，留校两年，主攻电磁理论和颜色理论。
一颗亮星移入英国上空，似乎即将有一些不寻常的事情发生……
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1856年，第一道闪电划破夜空，麦克斯韦在剑桥发表了“电磁学三部曲”的第一篇——《法拉第的力线》，用矢量微分方程描述电场线，打响了数学与电学完美联姻的第一枪。
麦克斯韦不会忘记，那一个晴朗的下午，他敲开了法拉第的房门。两个人虽然年龄上相差了40岁，却一见如故，相见恨晚。
“你不应只满足于用数学来解释我的观点，而应去突破它！”前辈的话语时时回荡在麦克斯韦的耳边，不停地激励着他前进。
1861年，电闪雷鸣。麦克斯韦谱写了电磁学的第二部辉煌的篇章——《论物理的力线》，里面提出了两个微分方程，这就是后来麦氏方程组的雏形。同时，他还预言了电磁波的存在。
1865年，狂风大作。《电磁场动力学》横空出世，麦克斯韦利用拉格朗日和哈密顿的方法，给出了未来将以自己的大名命名的方程组，并且证明了电磁波的传播速度就等于光速（熟悉的朋友一定很清楚，这个速度就等于真空电容率与真空磁导率之积的平方根的倒数。），光就是电磁波！（伟大的预言！1887年，赫兹在实验室证明了电磁波的存在……）
至此，伟大的电磁学大楼完全竣工，与之前的牛顿的大楼相互辉映，闪耀出了经典物理学的光荣。这两座金碧大厦是如此的雄伟，它们高耸入云，傲视群雄，君临天下！
而且，我们还可以看到，这两座大楼之间用一条高贵典雅的天梯连接起来，它们再加上那座热力学大楼，三幢雄伟神圣的建筑相互联结，相互辉映，共同构成了一座“前无古人”的经典物理学大厦。每每有人经过之时，都会情不自禁啧啧赞叹，脱帽致敬！如果那些已经逝去的曾经苦心经营这座大厦的英雄们有在天之灵的话，也会感到无上的光荣和欣慰！
然而，上帝却和我们开了一个天大的玩笑，他将用历史告诉他的子民，正是
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这条天梯，将引发一次坍塌事故，以摧枯拉朽之势把这幢大厦夷为平地……
好，再来看一下麦克斯韦这位天才。发表了“三部曲”之后，麦克斯韦潜心写出了经典著作《电磁学通论》，这部元典相当于电磁学的百科全书，甚至可以与牛顿的《自然哲学之数学原理》相媲美。
麦克斯韦方程组出世后，也逃不出科学规律冥冥中的宿命——先是反对的声音此起彼伏，并没有很快得到别人的支持，大多数人都持怀疑态度。
麦克斯韦的晚年充满烦恼，一来自己的理论没有知音，二来妻子久病不愈，三来自己也得了肺病。
天妒英才。1879年11月5日，在阵痛中，麦克斯韦离开了人世，那一年，他48岁，与母亲去世的岁数相同。这似乎是他的宿命，更让我们感到苍天的无情和人间的痛苦，还有科学的“残酷”。
不过，麦克斯韦还是“赢得了生后名”，他被镌刻在人类历史、科学历史的丰碑上，让人类永远铭记。每当我们提起电、磁时，享受着电和磁给我们现代生活带来的方便时，让我们满怀深情地向麦克斯韦表示最最最崇高的敬意！
在结束这一章之前，还是让我们来简单回味一下热力学方面的工作，因为它也是经典物理学的一大支柱。
热力学的发展大致可以分为四个阶段。首先，从17世纪末到19世纪中期，在这期间，人们总结了大量的现象和事实，并轰轰烈烈地讨论了热的本质问题。特别是19世纪初期的热机理论和热功相当原理，更是已经包含了热力学的基本思想。其中，热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础。
第二个阶段，从19世纪到19世纪70年代。天才们发展了分子运动论和唯象热力学，但是在这时候，这两大内容还是分开的。热功相当原理与卡诺理论联姻，诞生了热力学第二定律。
第三个阶段，由玻尔兹曼在19世纪70年代开启，直到20世纪初。统计热
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力学在这个时候成长起来。
当然，第四个阶段已经是从20世纪30年代直到今天了，这就不应该划进经典物理学的范围了。
OK，让我们来瞻仰一下那些为我们留下了一大笔热力学财富的英雄、先贤们：伦福德、埃瓦特、赫斯、克劳修斯、范德瓦尔斯、迈尔、拉札尔·卡诺和萨迪·卡诺（两父子）、赫姆霍兹、焦耳、麦克斯韦、玻尔兹曼、吉布斯、W·汤姆生、查理、盖吕萨克、能斯特、西蒙……以及为永动机奋斗的人们（没有他们的不懈努力、失败，后人就不会那么快走上正路！）。
当然，上面的名单还没有完全，还有一部分没有写上。总而言之，在此，借此机会，向所有的英雄们表示致敬！
至此，那座金碧辉煌的经典物理学大厦宣告竣工！
到了19世纪后半叶，可以说，无论是天上的还是地上的，无论是小到一颗石子还是大到一颗恒星，无论是力学的还是电学的，人们可以看到的一切一切物理现象，都能用经典物理学体系的理论去解释。况且，经典物理学还指导了人类的两次工业革命，创造了人类有史以来最巨大的财富，使得人类文明踏进了一个崭新的发展阶段。
所有所有的人，特别是一手创造了这辉煌的物理学家，都满怀深情地看着这座大厦，这座高贵的大厦，这座光辉的大厦，这座神圣的大厦。它是我们几代人倾注了毕力心血才建造起来的呀！
几代春秋，终成正果。
我想，现在，所有都应该结束了！（嘿嘿！这是多么自豪呀！）我们的工作已经完成了！当年我还是一个雄心勃勃的青年，现在已是白发苍苍的老头了，不过最重要的是，我们的夙愿终于了结了！后世们，留给你们的呀，只是一些修修补补、精确数据的工作了呀！
哎呀！我们就要失业了！物理学已经无事可做了，该转哪行呢！哎——忙惯了，突然清净下来，还真有点不适应呢！
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不是吧！我的儿呀！你竟然说要立志从事物理学工作？！有没有搞错呀！没出息的家伙！物理学已是巅峰了！还凑什么热闹？！
……
然而，事情真的能如物理学家们所愿吗？抬头看一眼天空，似乎，有一种不祥的感觉涌上心间。
牛顿大楼和麦克斯韦大楼固然宏伟，但是，时长日久，风吹雨打，铁打的也会有生锈的时候呀！难道，它们真的如此坚固吗？
经典物理学这座大厦表面上看起来固然金碧辉煌，但是却有一种脆弱的感觉，尤其是那条天梯，是那么的不协调，看起来，总让人感到不太舒服。似乎遥遥欲坠，一有风雨来临，就要……
它是美丽的，但却是脆弱的。
它有辉煌的时候，但也会有衰落的一天。
似乎，这是很多事物的生存和发展规律。
气氛似乎一下子凝重了起来，所有人都感觉到好像将有什么大事要发生。哎，管那么多干什么呢？新的世纪就要到了，还是好好庆祝一下吧！
好的，从15世纪一直跑到19世纪，相信诸位都疲惫了吧？眺望远方，正慢慢飘过来两朵小乌云。或许，它们也会引发暴风雨呢？谁又知道呢？
好，大家放下包袱，咱们到路边的旅店去休息一会儿，唱唱卡拉OK吧……
（接下来将是第二章 《一朵乌云引发的革命》）
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第二章一朵乌云引发的革命
好啦！好啦！赶快放好麦克风了！拿好行李，咱们该继续上路了！
上一章，我们说了经典物理学的成长历程。从哥白尼到伽利略，再到笛卡儿，之后还有牛顿大哥，恩，麦克斯韦也功不可磨哟，对了，还有热力学的那帮兄弟们，名字没记住多少个是吧？不要紧，呵呵，咱们重点要聊相对论，等你学习热力学了再来记也没问题！
是的，那时侯所有的物理学家都为经典物理学大厦赞不绝口。然而，后来的事实给他们当头一棒。这幢大厦表面上看起来非常雄伟美观，却是极其的不坚固。正如上一章的标题所云，是“脆弱”的！特别是那条天梯，注定要在一场暴风雨中坍塌，并引发了可怕的整幢大厦的毁灭。现在，它已经遥遥欲坠了……
1900年4月27日，特别的一天。
英国的伦敦市，特别的城市。
阿尔伯马尔街，特别的地方。
所有物理学家的目光都聚焦到了这里。此时，这里正举行一场世纪之交的物理学报告会。
在雷动的掌声中，一位白发苍苍、已是76岁高龄的老头走上了讲台，面对台下千万的听众，他清了请嗓子。
他就是开尔文勋爵。德高望重的他将要做一场题为《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》的演讲。
他谈道：“动力学理论断言，热和光都是运动的形式。但是现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”
这两朵小小的、令人不安的乌云实在是太出名了！以致几乎每一本说到这个时期的物理学科普都会提到。这两朵小乌云，跟牛顿的苹果一样，是物理学舞台上的明星。其中一朵小乌云指的是黑体辐射的相关问题，它属于20世纪另一伟
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大理论——量子物理的范畴。在这里，就简单地介绍一下，太过详细诸位就要判我跑题了~0~
首先，我们先来解决什么是黑体的问题。还是很小的时候，我们就知道，我们之所以可以看到一个物体的颜色，是因为它反射了这种颜色的光进入我们的眼里。不错，红色的物体是由于其反射的红光进入了我们的眼睛，而白色，则是所有颜色的光都进了眼里，黑色呢，却是没有任何光走进眼睛，所以才看起来“黑黑的”。
黑体，便是这样的一个物体：它吸收了所有所有到达它表面的光线。这样说有点抽象，咱们来看一个近似的示例。想象一个不透明、里面是空腔的球体。好的，现在，我们在这个球上开一个小洞。于是，光就会从这里射进去；并且，光线在里面被来回反射，最后，几乎没有能够再从里面射出来的了。这样，当我们企图从小孔中一窥球内的世界时，由于几乎没有光线出来，就会看到黑乎乎的一片。这样小球就相当于一个黑体的模型了。
还有，任何一个物体，在任何的温度下，都会辐射出电磁波。这是由于分子、原子受到热激发而发射出来的。比如说，热热的阳光射到一个物体上，这个物体的分子、原子就会获得“热热”的太阳能，就会产生激发，便发出了热辐射，或者说电磁波。所以，黑体也会发出电磁波。对吧？没问题吧？黑体也是由分子、原子组成的嘛！再想想，那个“吸收了所有所有到达它表面的光线”跟这个不太一样喔！
我们还清楚，不同颜色的物体吸收光的本领是不同的。所以，在炎热的夏天，我们外出时，都会换上颜色浅一点的衣服；而冬天则相反。因此，深色较浅色能吸收更多能量。
而物理学家基尔霍夫告诉我们，在一样的温度下，吸收辐射强的家伙，发射辐射的能力也更劲些。恩，那当然是黑体那小子最拽了！
于是，人们就毫不犹豫地选择了黑体作为研究对象。人们很早就弄清楚了物体的辐射能量和温度之间的关系，那就是物体的辐射能量跟温度的四次方成正
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比，这是由斯特藩和玻尔兹曼共同的努力成果。
而且，从图象还可以知道，随着黑体温度的升高，物体的辐射能量和温度之间的关系曲线的峰值还向短波（或高频）的方向移动。那么，这些峰值跟波长有什么联系呢？这个问题问得好，要知道，正是这个问题引来了那朵小乌云。
在这个问题上，很多人进行了不懈的努力。其中，德国的维恩给出了一个效果不错的公式。然而，可笑的是，他的公式在较短的波长内与实验结果符合得相当好，在长波里却与实验严重不符。看来，这个公式得抛弃了。
另外，瑞利和金斯又给出了另一个公式，却也遇到和维恩公式同样的尴尬场面。瑞利——金斯公式，在长波范围内大唱凯歌，但是在短波阵地里溃不成军，甚至当波长趋于0的时候，还直逼无穷大。由于紫外线处于短波中，这中尴尬还被称为了“紫外灾难”。
看来，真够“黑色幽默”了。一个此优彼劣，一个此劣彼优。这就是“黑体辐射”这朵小乌云了。
那两个结合起来不就行了吗？嘿嘿，说起来容易，但要真用数学、物理来解决这个问题，还真很困难呢！N多科学家投身于其中，但都是“一去不复返”。最后，还是德国的一位精英解决了这个问题。他的名字叫做普朗克。
面对这个两难的局面，普朗克苦思冥想还是丈二和尚摸不着头脑。最后，他心一横，既然无法从一些物理假设出发，用数学推导出一个所以然来；那么我就不要物理假设基础了，管它呢，俺先弄个符合整个波长范围的公式出来再说！
结果还真就给他找到了。不过后来当他再去深思这个公式后面的意义之时，竟然找到了它的基础——能量是一份一份的，而不是之前所认为的连续的。于是，“量子”来到了人间。
好了，打住！该收笔了！咱们得去说我们最关心的另一朵小乌云，正是它带来了狭义相对论。不过，在这之前，我还得交代一下。
其实，量子理论可以说是物理学上最令人动容、迷茫的篇章。它的结论令人三思不得其解，往往与我们哲学观相悖。它的思维方式、解决问题的方法更是与
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我们之前完全相反。从它诞生到今天，关于它的讨论从来就没有停止过。而值得我们注意的是，作为20世纪物理学的一大支柱的它竟然与另一支柱——相对论相抗衡，两家的哲学观不太一致，甚至有一些是相反的，这两个家伙有着不可逾越的鸿沟。但是，它们却在自己管辖的领土内策马扬鞭，大放异彩，绝对没有第二家可以替代。
如何在这两者之间搭起桥梁，是物理学的一大目标。
在这里，还是让我们先来体会相对论的“君威”……
上回说到，第一朵小乌云是量子物理学中“黑体辐射”——或者叫“紫外灾难”——的相关问题。它的散去带来了20世纪物理学的一大革命，催生了量子物理学。并且深深影响我们至今，从VCD到DVD，从手机到电脑，从化学到核能……无不需要量子物理学。
而开尔文所说的另一朵小乌云则指的是一个实验——麦克尔孙-莫雷实验，它是由麦克尔孙和莫雷两位物理学家作出的，涉及的是光速的问题，并且引发了20世纪物理学的另一场革命。
这个实验将是我们这一章的主线。我们将要用一章的篇幅来细细品位它，同时，我还希望诸位能够从中体味一下物理学中那引人入胜的矛盾冲突和解决问题的方法。可以说，物理学中很多处理问题的方法是与我们的生活相通的，我们学习物理，并不一定要学习多少高深的理论知识，其实我们只要可以从中吸收到一些严谨、科学的处理问题的方式和世界观，并把它运用到现实生活中去，冷静处理生活问题，泰然看待世界一切，才是我们普通人学习物理的真正意义所在，同时还是物理学最伟大的地方。
我永远这么认为。
好，言归正传。
各位请不要着急，且听我慢慢道来。
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还记得伽利略相对性原理吗？就是前面谈及伽利略时所说到的那个，也便是换了一个很通俗的说法去说它的那个。恩，我还是把它再写一遍，你试试能不能还明白它的内容。
所谓伽利略相对性原理，即
力学定律在任何惯性系中都是相同的。
我们所熟悉的力学现象或者说是实验，只要是在匀速直线运动或静止的参考系中都是等价的。
其实，伽利略相对性原理还有一个数学表达式与之对应，叫做伽利略变换，在这里我们就不去谈及那些数学式子了（在接下来的文章中，我都尽量避免数学式子，不过我会说到不少的数学思想，我想，思想比式子更能带给一个人生活的指导，希望我可以做到^_^）。
既然力学的现象在惯性系（即匀速直线运动或静止的参考系）中都是等价的，那么，很明显牛顿大厦的所有部件也应该在所有的惯性系中是一样的。这便是说牛顿力学的所有现象在惯性系中都应该是一样的。
如果用数学式子来实现这一操作的话，就是将牛顿方程放进伽利略变换式中进行变换，方程的形式将保持不变。
好了，现在我们做个思想实验。想象一下：一辆公交车以10米每秒的速度在路上直线匀速行使，而车里面有一位乘客从车尾以5米每秒的速度向前面直线匀速走去，准备下车。恩，现在你坐在车上不动，而我静静站在外边的路上等车。
于是我说：“喂，我看到那个乘客的速度是15米每秒！你呢？”
你怎样回答？应该是这样吧——
“不是吧？！那么拽！我只看到他是5米每秒喔！！”
没问题吧？没有异议是吧？应该是很容易明白的！
我们两个都是惯性系，但是所得到的结果却不太一样。事实上，只要用伽利略变换式一变，就能从我的结果推出你的结果，当然，也能将你的换成我的。神奇吧？
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你也许会嘟囔，不是说力学现象都应该是等价的吗？怎么一个是15，一个却是5呢？其实呀，最准确的表达应该是“牛顿定律或方程的形式在所有的惯性系中都是一样的”，而不是具体的某个结果。对，是方程一样！也就是说，在你的惯性系中，牛顿第二定律是F=ma，在我的也是，它们是一样的。而具体结果可以通过变换互相得到。
没有问题了吧？！
看过了牛顿大楼，我们再转到麦克斯韦大楼去瞧瞧。
看！大楼的进口处雕刻着“电磁波的速度都是光速c！”。这可是麦爷留下的至理名言！
好了，我们把上面的公交车实验改动一下。公交还是不变，你还是你，不动；行行行，为了公平起见，我也不动；不过，那个乘客太不懂事了，换一下，……就换成一束光吧。（这样也行？！亏你想得出来！）
光可是以光速c运动哟！好，你抢先喊道：“我看到是c！这回看你死不死！”
“嘿嘿！不好意思！我看到是c+10！”
……
不错！我的牛顿力学学得还是很不错的，这可是完全从牛顿的角度来思考问题，绝对没有问题！
可是，麦爷不是说了吗？电磁波都是c呀？你怎么看到是c+10了？
你真聪明！不只你，牛顿也被这个问题一下子难住了。牛顿想，看来两座大楼得修个天梯什么的连接起来才行。这么松散（竟然用牛顿理论得到c+10，而麦爷的是c！），怎么连成一座辉煌的大厦呢？……有了！麦兄说都是c，嘿嘿，肯定是相对哪一个惯性系来说的！要是换了其他的惯性系就不是c了。就像平时我们所说的公交是10米每秒的速度，这个速度是相对地面来说的。恩，一定是这样！要不然，这大楼肯定连不起来！可是，这个惯性系是什么呢？……
选你？不行，那你看外面的光不就不是c了吗？那……选我就更不用说了，是吧？
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还是牛顿厉害！他弄了个“以太”出来，完美地解决了这个问题。好了，打一下盹，后面再说……
牛顿为了使得麦克斯韦的电磁理论能够与他的定律相容，不得不四处奔波，寻找一个他想要的惯性参考系。这样做的理由也是相当的明了的，麦克斯韦说电磁波的传播速度都是光速c，而如果站在牛顿的立场上看，在某些参考系竟然会出现c+10的惊人结果。我们的第一感觉就是，与平时的说法一样，应该给麦克斯韦的说法加上个前提条件。比如说，它是相对某一个确定的参考系来说的，要是换了其他的没那么拽的参考系之后，就不再是c了！
“麦兄，我想你得这样说——相对于XX参考系来说，所有电磁波的速度都是c！”牛顿笑道。
“至于那个XX，我已经想好了，它就是——以太！”牛顿突然声音大了起来。
说到以太，我们先来看看一些比较学术性的论述。
“正如我们通过质量和重量即通过化学和力学的实验可以确信有质物质的实在性一样，通过光学的和电学的经验我们可以得知无质的以太是存在的。”
“以太作为连续的物质充斥于凡是物质（或有质的物质）所没有占据的整个宇宙空间；它还充满物质原子中间的所有空隙。”
“以太象它所充斥的空间一样也是无限的，是不可测度的。”
再来看看以太和物质的差别：
以太：1、物态：以太态（即非气态、非液态、非固态）。2、结构：非原子的、连续的，但不是由离散的粒子（原子）所组成。3、主要功能：光、辐射热、电、磁。
物质：1、物态：非以太态（而是气态、液态或固态）。2、结构：原子的，非连续的，由极小的离散的粒子（原子）所组成。3、主要功能：重性、惯性、质量、热、化学作用。
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（以上论述引自《宇宙之谜》，[德]恩斯特?海克尔 著 ，上海人民出版社，1974年版）
诸位，可以看得明白吗？应该还是相当容易看明白的，只要你认真、细心一点。这可是19世纪人们对以太的认识哟！我把它写出来的目的，就是希望能够对你认识以太起到一定的帮助。不太清楚也不要紧，下面还要说，以太一定要弄清楚，它曾经是物理学的光荣，现今又似有“翻身”之势。
牛顿又出来了，大家欢迎。
“女士们，先生们。我们都知道，声音得靠空气传播，其他的机械波也得有介质才可以传播，不是吗？依此类推，电磁波也得靠介质呀，是不是？那光靠什么呢？……以太！以太！我再强调一次，是以太！”（各位，掌声呀，快点……）
“是的，以太！打个比方说，声音相对于空气传播速度是340米每秒，但是，如果是相对于一个正在走动的人来说，就应该不是340了，是吧？没错，那个人太特殊了，你要是跟人家说声音相对正在行走的张三是330米每秒，那么不认识或者不知道张三的人就很难明白。但是，倘若你说是相对空气340，那么人家就很清楚了！为什么呢？为什么会这样呢？因为空气对于我们大家来说，都是比较绝对的，它不因人的意志去改变！”
“好的。回到电磁波，我们理所当然也得找个绝对的参考系，我希望再强调一次，是绝对的。哈哈，那么类似于声波，咱们就用它的传播介质以太就行了！”牛顿昂起头，挺起胸，大有“鄙视你”的气势。
“牛教授，这些我们都可以明白。可是，直到现在，那个以太是什么，我还有点模糊呀！”
“这位同学问得好，下面我们来说说以太是什么。”牛顿弄了一下他的头发，“我们还是打个比方来说明问题，想象在一个非常非常平静的湖中，湖水一动也不动，里面的鱼呀，虾呀，等等什么的，反正没有牛，它们在里面游来游去，但是我得假设，小鱼虾的游动并没有使得湖水有半点波动，反正就是水一点也不动。”
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牛顿搔搔头皮，继续往下说：“好啦。现在湖水就是以太，而鱼虾就像我们的地球、太阳什么的。不过有些不同的是，不象湖水，以太是连续的，而不是由离散的原子组成；而且，它是坚固的刚体，也就是说它很硬，是不会流动的；但是它的密度几乎为零；最重要的是，它不会对在它中间运动的物体造成半点阻碍。它看不见，摸不着。从来不与这些物质发生过任何作用。”
“它还是绝对、绝对静止的！不会有半点运动。当我们说地球、太阳运动时，都可以相对它来说！而我们亲爱的电磁波小朋友就是通过它来传播，且相对它来说是速度c！”
牛顿的一片苦心，我想诸位应该可以比较深一点点地了解以太了吧？
牛顿的“以太”这条天梯就这样被他修建了起来，将两座大楼连接了起来。当时所有的人都不禁拍案叫好。“牛兄不愧为一代英才，实在了得。他日必将一统江湖，千秋万代！”
牛顿不知怎的，突然有一种不祥的感觉涌上心头……
好，接下来我们进行一些有用的讨论。希望各位可以从中有所收获。
前面我们已经看到，似乎牛顿力学和电磁理论有一点冲突、矛盾。电磁大军按兵不动，只是丢过来一句“所有电磁波的速度都是c！”，而一开始牛顿部队差点招架不住，还好牛将军力挽狂澜。牛将军最后还是想到了一个缓解矛盾的方法：给电磁大军的挑战加上一个前提条件——相对于以太这个绝对参考系。
没错，牛顿的解决方式是可以的，但是究竟能不能真正大化干戈，还得等待现实的判决。
我们面对一个问题，首先，得根据我们的经验、直觉做出一些假设。比方说，牛顿面对上面这一个冲突问题，就凭借自己的经验作出了“需要加一个前提条件”的假设。当然这个假设是不是正确的，还不清楚。但是，它提供了一个解决问题的方向。如果离开了假设，想去分析、解决问题，将会显得盲目、不知所措。
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有了假设之后，我们就可以相当有目的地去寻找与这个假设相关的信息了。牛顿正是这样，从假设出发，他得去寻找一个合适的参考系。经过努力，他找到了“以太”这一个信息，从而进一步完善假设。
倘若假设已经全面、可行和完善了，接下来我们需要做的就是，从先前的假设出发，尽可能地推导出一些正确的结论（这里的“正确”指的是推导过程没有逻辑错误，而不是结论本身是否为真。）。再回到牛顿的例子，牛顿从假设出发，可以知道，如果让公交车外面的我来测那束光线的速度的话，那么我应该测得c+10。
这便是“若p，则q”的形式。p是“电磁波相对以太才是c”和牛顿理论以及“公交车外面的我来测那束光线的速度”，q是“我测得c+10”。（当然这里的表述是不太准确的。）
我们来学习两个自然科学哲学里面的一些结论。
若p为真，则q也为真。但（证据表明）q不真——那么p不真。（√）
这在逻辑叫做否定后件推理，在演绎上是有效的。（至于为什么是有效的我就不说了）
若p为真，则q也为真。（证据表明）q为真——那么p为真。（×）
这被称为肯定后件的谬论，它在逻辑上是无效的。（我也不说了）
诸位自己举一下例子，应该是很容易明白的。
这就给了我们一个检验假设是否真实的途径。只要我们去验证假设的推论就可能得知假设的真假性。假如通过实验，我真的测得c+10的话，那么我就更加相信牛顿假设一点（但不能说它是正确的，因为这是肯定后件的谬论）；要是我测得的不是c+10，那么我就可以理直气壮地鄙视牛顿，讥笑他是不正确的！
（对于上面的讨论，读者可以看一下美国的亨普尔所著的《自然科学的哲学》，英文名Philosophy of Natural Science,里面精彩的论述比比皆是。）
好了，现在假设有了，推论也在眼前了，接下来就是从实际出发了——做实验。这样我们就可以等着现实世界的判决了。
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让我们还是再来回味一下牛顿处理问题的步骤：假设——寻找相关信息，完善假设——推论——实际验证——结论。
我想，这也是很多人处理事情的方法，而且经常在不经意中用到。但在这里，我希望大家可以比较理性、浅显地认识一下它背后的一些机制。
我们的下一个目标是，做实验验证牛顿的假设。不过，实验不由我们亲手把关，（哪来那么多经费呢？）我们将跟随两个名叫麦克尔孙和莫雷的帅哥去看看，实验将由他们来做……
诸位，下面我们将要亲自跟着麦克尔孙和莫雷去做一个伟大的实验。正是这个实验改变了物理学的历史，并将使得革命的思潮席卷大地。我们必须得小心翼翼，容不得半点差错，记住了吗？
我们来瞧瞧麦克尔孙。他1852年12月9日出生于普鲁士的史翠诺，也就是现今的波兰的史翠诺（Strzelno）。他是一个犹太商人的儿子，两岁时移民到美国去。事实证明，这是美国历史上一个里程碑式的移民。1869年，那一年，麦克尔孙17岁，他进入美国海军学院学习，开始在自然科学方面崭露头角。并于4年后走出大学的校门。在这期间，麦克尔孙深深沉醉于光速的问题中，并专心研究改进干涉仪。1887年，麦克尔孙和莫雷共同进行了流芳百世的麦克尔孙-莫雷实验。
1907年，是麦克尔孙人生中重要的一年。
1907年，是美国历史中重要的一年。
1907年，麦克尔孙因“发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究”（for his optical precision instruments and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid）成为美国历史上第一位诺贝尔奖得主。
怎样？老大级人物吧？麦克尔孙好生厉害！下面我们就去会会他，走……（补
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充两句，麦克尔孙在1931年5月9日逝世于加利福尼亚的帕萨迪纳。月球上有一座环形山就是以他的名字命名。每当人们仰观月亮之时，不知会不会想起麦克尔孙呢？）
“欢迎你们！为了可以更好地做好这个实验，我得跟你们说说实验的原理，好吗？”麦克尔孙开门见山，直截了当。
“其实，上面有关我们需要验证什么已经说得相当清楚了。牛老前辈假设电磁波相对以太的速度是c，而在其他的参考系则有可能不是c！所以我们今天的目的就是要找一个不是c的参考系，并把那个速度测出来。不过，我们得作好准备，因为就算测出了这个速度，也并不能证明牛前辈真正是对的！别忘了什么是肯定后件的谬论！”（看来麦克尔孙还是牛顿的一个铁杆粉丝哟！）
“当然，我们并不准备选择在公交上进行。公交得给钱，咱们还是选择个免费的地方。况且公交的速度太慢了，根据我在1882年获得结果，光速应该是299，853公里每秒，也就是186，320英里。公交的速度跟这个相比，实在小得可以！换辆法拉利还说得过去，不过，我们还有更快一点的，”麦克尔孙脸上闪过一丝狡黠的笑容，“那就是……地球！”
“哦——”
“是的！地球！以太是绝对静止的，光通过它来传播、速度相对它就是c。而我们脚下的地球以每秒30公里的速度围绕太阳运转，那么照理说，至少，地球至少都应该相对以太有30公里每秒的运动速度。是吧？没问题吧？”
“哇！30公里呀！跟公交相比快多了吧！最重要的是——它还是免费的！好的。下面，小心听了哟！现在，我们就像乘着一艘以30公里每秒运动的潜水艇，在以太这片海洋中穿行！以太充满于整个没有物质的宇宙空间，那么，很明显，地球就处于以太的包围当中。这样上面那个比喻应该很容易明白吧？”麦克尔孙顿了一下。
“或者，再换个比喻方法。以太是空气，我们就像坐着30公里每秒的自行车在当中飞奔！没错，我们就会感觉到’以太风’的迎面吹来，是吧？好的，接
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下来我们就尝试去测出这种以太风的效应。”
“海浪在海洋中以速度v运动，而我们的潜水艇以相对海洋a的速度与海浪相向而行。那么，我们在潜水艇上应该测得海浪的速度是v+a，对吧？一束光在以太中以相对以太c的速度运动，而我们的地球以相对以太30公里每秒的速度与那束光相向而行，那么我们应该测得这束光的速度是c+30是吧？”
“不过，真正要我们直接去测出这个c+30的速度就太难了。想当年，1882年，老子测光速的时候，那是相当的难呀！简直BT，这个30甚至可以忽略不计呀老兄！”
“不过，我们还是有绝招的。上帝你有政策，我自然就有对策……”
莫雷一直没有出声，他清了清嗓子，沉着冷静地分析了一下我们的对策。其言和而色夷，好一个大将风采！
莫雷（1838-1923）是麦克尔孙的同事，也是美国人，是搞化学的，不过却在物理学上面留下了盛名（后来也被叫成了物理学家）。这跟物理学家卢瑟福有些相似。作为一个物理精英，卢瑟福却因研究元素衰变和放射化学方面的重要贡献，获得了1908年的诺贝尔化学奖。嘿嘿，这或许印证了中国的一句古话吧——“无心插柳柳成荫”。不过，这世界哪有那么多天上掉下的成功呢？科学上任一个成就的背后都是充满坎坷的呀！科学家获得他本行之外的正果，也算是老天的恩赐吧！天不负有心人，不是没有道理的啊！
OK！回到正题。
莫雷挥挥手，说道：“要击破一个难关，当我们明知一种途径是没有结果的，那么我们就应该’曲线救国’！”
“比如说，我们现在要进去一间房子里面拿到一件宝物。可是，我们试了又试。结果发现那扇大门肯定是打不开的了。因为为了防止宝物被盗，他们的工作可是做足了，铁门一道，坚不可摧；不管是什么万能钥匙，都开不了那特制的金
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锁！那么，我们就不能再在这门上面花时间了，不是吗？”
“我们得寻找其他的可以进入房间的方法。它门厉害，那我们就爬窗呀！说不定窗是劣质产品。窗也弄不好的话，咱们就看看它的墙是不是可以很轻易就凿穿。墙也不行的话，挖地道也未尝不可呀！就算上面的都行不通，我们还可以从房间的管理人员中间入手——收买人心……”
“所以说，一条路不行，还有另一条道。这是处理问题的最佳信仰！好，现在我们既然知道直接测c+30是不行的了，那我们就应该想其他方法。直接测，办不到……30是测不出来的……我们为什么一定要测出30来呢？不测不行吗？是的，切入点就在这里！我们不去直接测量一束光的那个30，我们用比较法！既然它是c+30，那么我再找一个是c的，两个一对比，肯定有所不同！”
“比方说，从同一个出发点出发的两道光，假如能够使得一束是c，另一束为c+30，那么它们走过相同的路程所用的时间一定是不同的。倘若可以再让它们回到出发点的话，我们就可以很轻易地进行比较了！……对！这样一定可以！别忘了！光是波，波如果存在相位差的话，就可能发生干涉，有干涉就会有明暗条纹。（这个，诸位理解起来应该没有问题吧？中学的光学内容，已经还给了老师的话，赶快回去复习一下^_^）那么……我们只需要看看有没有条纹，不就可以得到结论了吗？”
不错，麦克尔孙和莫雷的实验的原理正是这样。按照他们的设想（当然是站在牛顿的立场上），我们将会清晰地看到干涉条纹。是不是真的能够如愿呢？我们赶快跟去看看。
麦克尔孙和莫雷的操作是这样的。在一块比较坚固的底座上，先放上一个光源S、一块一面镀了银的玻璃板G和两块普通镜子M1、M2。如图所示（课本的标准用语，有没有经典的味道？），地球沿M2的方向以v（30公里每秒）的速度在“以太风”中“穿行”。 玻璃板G镀了银的那一面有这么一种功能，它能够将射到它表面上的光分成两束，一束被反射，另一束则可以顺利通过（熟悉量子力学的朋友一定会发现，这有点像惠勒的延迟实验里面的那块镜子！），怎样？神奇
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吧？
“这是千真万确的！”麦克尔孙和莫雷异口同声道。
而普通镜子的作用主要是反射到达它们表面的光线，使得那些光反方向射回去。补充两句，玻璃块G成45度倾斜放置，为的是可以将光源射过来的光一部分垂直反射到镜子M2上，另一部分折射到M1上；而两面镜子到G的距离均为L。
此次实验的原理就如莫雷上面的分析，但是实际操作起来，有一点点的不同。M2那束开始以c+v从G射出去的光，由于经过镜子反射回来，速度会变为c-v（因为之后它与地球相向而行嘛！）。而M1那束光由于是与地球的运动方向垂直的，没有受到影响，在我们看来依旧是c！不过，这两路的时间依旧是有差别的。
“明白了吗？再给你们一个喘息的机会，好好再理解一下上面那’乏味’的描述……明白了是吧？那我们就去迎接那振奋人心的一刻了喔！”麦克尔孙微笑道（何等的自信！）。
莫雷打开光源。
一束耀眼的“精灵”从灯丝上争先恐后地冲出来，它们是如此的兴奋，仿佛要去执行什么很重要的任务。
光亮光亮的光线射到镀银的玻璃上后，默契地分成了两队。一队冲着M1狂奔……另一队也不甘示弱，加足马力，蜂拥进军……
撞到镜子上后，光线叽叽喳喳也没有休息，掉头就跑……
是谁快一点呢？
M1那道？还是M2那队？或者一样快？
谁也看不清楚！或许是光太快了；或许是我们的心情太激动了……
看！麦克尔孙和莫雷的脸上似乎有丝丝笑意。
哦，我感觉到是M1的快一点！哈哈！人们即将就会看到牛家武功盖世。问苍天，谁主沉浮？还看今朝！
光线已经又一次聚集回到玻璃G上，重新整合成一支大军。浩浩荡荡，大有要把历史都踩在脚下之势。
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呵呵！问苍天，谁主沉浮？惟我至尊！谁与争锋？
光并没有放慢脚步，直冲正在T处观察的莫雷。
干涉条纹！有？没有？
即将揭晓！是牛顿的胜利？是牛顿的下野？
天知道！该来的迟早要来！来吧！来吧！猛烈地来吧！
滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。是非成败转头空：青山依旧在，几度夕阳红。
白发渔樵江渚上，惯看秋月春风。一壶浊酒喜相逢：古今多少事，都付笑谈中。
光线吟唱着，马不停蹄，飞奔向前。
此时，不知怎的，外面风云突变，乌云密布，山雨欲来风满楼。
也好，暗一些，容易观察。感谢上帝。
光一头扎进了莫雷的观察镜头中，二话不说，一片寂静。
或许，此时无声胜有声。
镜头上，没有干涉条纹！
“没有条纹！是不是装置哪里出了问题，老兄！”莫雷喊道。
“我来看一下，我说兄弟，你太兴奋了吧！竟然激动到看不见了……”麦克尔孙凑了过来。
“没理由呀！怎么会没有呢？赶快检查一下装置……”麦克尔孙脸上的笑容顿时消失。
“你们来看看！有没有？有没有？你说……”
板上钉钉，没有！
……
一番检查后，拆了又装，装了又拆，无论怎么着，依旧没有干涉条纹！
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一道闪电，雷声轰隆。
麦克尔孙和莫雷面如土灰。“不可能……不可能……一定可以看到的！一定是我们忽略了什么！一定是我们搞错了什么！……”
“一定是……一定是……噢，一定是地球绕太阳转动时，以太风的方向发生了变化，所以才看不到！一定是这样！”麦克尔孙欣喜若狂。
于是，他们决定在一年的不同时间继续重复这个实验，他们相信一定会看到条纹的。这也不是没有道理呀！可能，我们刚刚做实验的时候，刚好地球转动，以太风的方向改变了，不是M2的方向，造成两束光的速度没有了差别，时间一样了，那么自然就看不到条纹了。
但是，结果还是令人失望。不管麦克尔孙和莫雷怎么努力，在哪个时间不断观察，怎样换地点，如何变换角度，依旧没有看到条纹！
怪事！怪事！咄咄怪事！实际怎么会跟牛顿的预言不同？！
此事很快在物理学界传开了，掀起了轩然大波。测定了电子电荷量的诺贝尔奖得主密立根这样说道：“不合道理的、看上去无法解释的实验事实……”
难道是实验精度出了问题？30太小了，观察不到？没有，麦克尔孙和莫雷的实验确实可以达到这个精度，毋庸置疑。
所有的人都陷入了沉思中，百思不得其解。所以，在新世纪到来之际，开尔文勋爵把这个实验所遇到的无法解释的问题比作一朵乌云，一朵漂浮在物理学上空的挥之不去的小乌云。但是，没想到开尔文一语成谶，将来，乌云还真的带来了倾盆大雨，引发了一场大革命。
其实，在麦克尔孙和莫雷之后的50年中不断有人重复这一实验，但依旧没有看到所想要的结果。在1958年，甚至有人用微波代替光源的光来做该实验，其精度是麦克尔孙和莫雷的50多倍，却还是没有测量到以太风的影响。
回顾一下，我们为什么要做这个实验呢？先是牛顿有了假设，假设电磁波的速度仅相对以太而言方是c。之后，得到推论，在某些参照系中，可能会测得电磁波的速度不是c。再后来，我们学习了否定后件推理和肯定后件谬论，知道该
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怎样去证明牛顿是不是对的。所以，麦克尔孙和莫雷设计了这个实验，并进行了实验。
那么，很明显，实验结果表明这是个否定后件推理，只要一出现这种情况，即可证明牛顿的假设是有问题的。看来牛顿的天梯建得不太合理。
那问题出在哪里呢？
接下来让我们当一回福尔摩斯，来找出问题的根源。好了，跟麦克尔孙和莫雷说再见吧，他们还苦着脸呢……
首先，我们可以肯定的是，我们不能怀疑我们一直以来的逻辑推理本身，如果我们认为是逻辑推理本身有问题的话，那么所有的科学都不成立了，因为科学就是建立在逻辑推理的基础上的。如果p，那么就可以推出q，这个“推出”过程是应该是没有问题的。况且，要是这个“推出”，也就是逻辑本身有问题的话，那么我们福尔摩斯式的推理也就没有意义了。甚至可以说“因为逻辑本身有问题，所以才得不到干涉条纹”这样的解释都是没有意义的，因为它本身又用到了逻辑推理！
是的，首先得排除这种可能。
一路走来，说到现在。在这里，我必须停下来交代几句。对上面所聊到的麦克尔孙-莫雷实验，还有接下来将要说到的实验，为了便于理解，其实都已经做了一些简化。不过，其基本原理依旧保持不变。所以，诸位把它们当作一种消遣的读物来读便罢，而不应认为这些实验就仅仅是如此，更不能就此认为你已经完全掌握了它们。事实上，所有的科普也都几乎只能做到这一点，要是非常深入地去讲解的话，恐怕就要成为一本大学教材了。如果你并不准备为物理学献身，而仅仅是对它有兴趣的话，那么恭喜你，你只要了解了我所说的原理，那也算是这一群体中的精英了。倘若你立志要在物理学上大干一场的话，那么也恭喜你，你将会在大学里跟随你的导师极其深入地去研究这些问题，加深你现在的认识！
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物理学的数学化在所有学科中（当然除了数学）是顶呱呱的，物理学发展至今，已是深深根植于数学，几乎所有的物理学理论都要用数学来描述，方可清晰、简洁和明了，甚至可以说离开了数学就根本无从下手。这些实验当然也不例外。只有真正借助数学式子去分析才能准确地理解其本质内容。我们前面也讨论过这个自然语言和数学语言的问题，所以，给诸位一个忠告：要想完完全全地理解物理学，必须回到坚实的数学土地上。
继续当我们的福尔摩斯……
前面我们已经排除了麦克尔孙-莫雷实验失败的第一种可能——逻辑本身出了问题。我们再来寻找线索，看看能不能得到其他缘由。
牛顿假设电磁波只有相对以太的速度才是c，然后我们设计实验去验证。在设计的时候，我们是这样分析的——“以太是绝对静止的，光通过它来传播、速度相对它就是c。而我们脚下的地球以每秒30公里的速度围绕太阳运转，那么照理说，至少，地球至少都应该相对以太有30公里每秒的运动速度。”还记得吗？
这有什么问题吗？对，以你福尔摩斯的直觉，似乎真有那么一点问题。想想，我们来咬文嚼字，仔细分析一下。
我们前面说地球相对以太有30公里每秒的速度，有证据吗？……没有！没有是吧？没有就意味着这种说法不一定是真实的哟！
那就只能算是一种假设了呀！也就是说，在这个前提下，牛顿的假设被我们加工了一下，成了“电磁波只有相对以太的速度才是c，并且地球相对以太有30公里每秒的速度”！要是“地球相对以太有30公里每秒的速度”这个说法是假的话，那么很明显加工后的假设也是假的了！我们也自然便得不到干涉条纹了。不是吗？
或许这正是实验失败的原因！因为出发点是错的！看来，我们还不能判牛顿的“死刑”，相反，可能是我们的自作主张——将人家的假设加工——出了问题！
既然“地球相对以太有30公里每秒的速度”是假的，那我们就换一下吧。我们的实验结果没有看到干涉条纹，不仅如此，不管我们怎样变换时间、地点和
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角度，都是一样！那是不是意味着地球相对以太是静止的呢？甭管那么多，先试试再说！
好，再加工一下假设，变成“电磁波只有相对以太的速度才是c，并且地球相对以太是静止的”。这样的话，我们就可以解释麦克尔孙-莫雷实验失败的原因了，那是由于在地球上，根本没有以太风，自然也就没有干涉效应了。这样一来，麦克尔孙-莫雷实验就成了牛顿的一次给出肯定性回答的验证了。
不过，先别高兴着，这只不过是个肯定后件的操作，还不能说牛顿是对的。况且，况且我们刚刚接到了一个“线人”的暗示，案情可能就此会发生变化！
走，让我们奔赴现场。
还好，我们刚好赶得及。刚刚开始，我们赶快聚精会神来看一下。
一位天文学家放下手里的望远镜，将要给我们说个有用的线索。
“下雨的天气大家是再熟悉不过的了。我相信大家都有过这样的经验，或者说一定可以明白这样的事实。雨水垂直地落到地面上，你撑着雨伞，如果你是静止站在地面的话，那么你只需直立着雨伞就可以了。可是，要是你在匆匆赶快学校的话，你就必须将伞倾向前面，以挡住雨水，是吧？这也就是说，由于我们运动，本来垂直下落的雨水对于我们来说就有一定的角度了。”
“诸位，再想象这样一种情景。由于突然吹起水平方向的风，风的速度是a吧！那么，雨水就不再是垂直的了，而是向风的方向倾了，是吗？接下来，你跟随风的方向，也以a的速度赶往学校。呵呵，你该怎样撑伞？”
“也应该是直立的吧？这太容易不过了！如果还想不明白的话，下雨的时候再去试试。”
“我们来分析一个问题。为什么一样是在雨中走动，一个要倾斜着伞，而一个却是直立着呢？也许你早已注意到是风在搞怪，一种情况下，撑伞的人相对风是动的，而另一种情况下，他相对风却是不动的。而雨水却是随风而动，原因正
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是如此！”
“好，类比思考一下。将恒星的光代替雨水，撑伞的你换成站在30公里每秒运动的地球的你，风或者说空气改成以太。呵呵，你猜到我要做什么了是吧？再接着刚才的思维，光在以太中传播，相对以太是静止的，这跟雨水和风的关系很像是吧？某一颗恒星发出的光刚好垂直于地球公转的轨道平面，就像雨水垂直落到地面上，如果说地球与以太是相对静止的话，地球跟以太都以30公里每秒的速度绕太阳运动，很明显，这就像你跟风一起以a运动一样，光在以太中传播，类比上面有风吹的雨水的结果，你也应该看到光是垂直射到你这里来的（就像雨水还是垂直落到你的雨伞那样）。”
“要是地球相对以太是运动的，那么就像要倾斜雨伞的结果，你会看到光是倾斜着射道你这里来的。”
“但是，你猜我实际上看到了哪一种结果？结果是……光倾斜着过来！我必须得倾斜我的望远镜，才能看到那颗恒星！不信？你来看看……”
果然不虚此行！我们得到了一条重要的线索——按照天文学家的推断，地球相对以太是运动的！看来，我们做麦克尔孙-莫雷实验之前的加工没有问题，我们又得到了一个否定后件的推理，立即可以否定“地球相对以太是静止的”这个附加假设。这可真是“柳暗花明刚一村，山重水复又无路”呀！
天文学家所说到的现象其实早在麦克尔孙-莫雷实验之前就有人发现了，比如英国的布拉德雷?詹姆斯(Bradley?James，1693－1762)，人们把这种现象叫做“光行差”，而这个实验就是光行差实验。这个实验证明，如果以太是存在的话，也应该相对地球是运动的。
事实上，另外一个实验——斐索实验同样证明了这一点，不过，在这里我就不去谈斐索实验了，它必须结合数学工具来说，这样艰巨的任务就留给大学来完成吧。诸位，你只需要知道有这么一回事就足够了。
看来，线索又中断了，不过，我们应该高兴的是，我们又排除了一种可能——由于地球相对以太是静止的，所以我们观察不到干涉条纹。先别皱着眉头，路
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还长着哩！
我们已经排除了两种可能。一是逻辑本身存在问题；二是地球相对以太是静止的。还有没有其他的可能呢？
我们再来细细品味麦克尔孙-莫雷实验，阴谋一定就在其中。
别着急，面对危难，依旧保持清醒的头脑，冷静沉着，才能成就大器。别忘了你现在是谁！
我们的实验假设似乎没有问题，我们的实验目的和过程也是有依有据的。那？哪里还有什么问题吗？为什么我们得不到设想中的结果？
既然整个实验我们都没有找到不合理的地方，我们又没有忽略什么，那么问题就应该出现在其他地方。比如说，我们错过了有什么未知的现象，正是这种现象阻碍了干涉条纹的产生！可是，究竟有没有这种现象呢？
假设上帝创造世界时制定了这么个法则：凡做麦克尔孙-莫雷实验都无法观测到干涉条纹。这是一种可能吧？可是，我们能相信吗？要是站在自然科学的信仰上看，这个解释是极其荒唐的。为什么大自然要有这么一条特殊的法则？“大自然喜欢简洁”是我们一直以来进行科学研究的信仰。这么一条特殊的法则，不到万不得已、无路可走的情况下都不会被科学家接受。
因为上帝说凡做麦克尔孙-莫雷实验都无法观测到干涉条纹，所以我们观测不到条纹。这不是等于没有解释吗？打个比方，当时苹果掉下来的时候，牛顿如果是这样解释的话“因为上帝说是苹果都得掉回地面，所以这个苹果掉向地面！”，恐怕谁也不服，简直是开玩笑嘛！也肯定没有牛顿引力定律了。那依此类推，上帝还得制定“是小猫都得掉回地面”“是面包都得掉回地面”云云。如此之多的法则，独立开来，这正跟科学的目的相悖，我们的目标是——
用尽量少的假设去解释尽量多的现象。
正是这种信仰，让我们走到了今天，创造了今天的财富。
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而现在，为了解释千千万万个实验中的一个，如此破费，不太值得吧？
这种可能先放下，不到最后一刻，我们都不可以用。没有理由，我们的信仰而已，搞科学也得有信仰呀！来，继续寻找其他的可能解释。
那还有没有其他的比较合理的、我们未知而又影响了麦克尔孙-莫雷实验的现象呢？
思考一下。我们的装置的镜子到镀银玻璃的距离都是L，相等的，所以我们认为由于两束光的速度不同，时间就自然不同了，也便会出现条纹！但是，等等，是不是两个距离真的都是L呢？
是的呀！我都量过了，毋庸置疑！确实是L！
等等，我的意思是，你量得是L没错，可是，做实验时还能保证它们都是L吗？
什么意思？
也就是说，本来与地球运动方向相同的镜子M2那路的距离是L，按照我们的分析，由于速度的原因，光线会比另外一路迟一点到达莫雷那地方。但是，会不会存在这么一种效应，由于运动，在运动方向上的长度会变短！而变短的程度，刚好使得麦克尔孙-莫雷实验中M2那路的光线走过的时间与M1那路一样了！
乍一看，那是相当的有道理呀！是呀！不准还真有这么一种效应，只不过之前我们还没有发现而已呢！而正是它阻碍了我们观察到干涉条纹！
其实，这种解决方法最早由荷兰的一个名叫洛伦兹（1853-1928）的物理学家和数学家提出来，在1892年，为了说明麦克尔孙-莫雷实验的结果，他独立地提出了长度收缩的假说，就是相对以太运动的物体，其运动方向上的长度会缩短。到了1895年，他还发表了长度收缩的准确公式（在这里就不写出来了，当然是替那些对数学过敏的朋友着想。但还是顺带一句，洛伦兹的公式跟未来爱因斯坦推出的长度公式是一样的）。
如果你中学稍微认真一点听物理课的话，一定还会记得一个“洛伦兹力”。它指的就是带电粒子在磁场中运动所受到的一种力，这里的“洛伦兹”就是那个
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提出长度收缩假说的洛伦兹。洛伦兹由于在电子方面的贡献，获得了1902年的诺贝尔物理学奖。洛伦兹掌握了很多门外语，相信不当物理学家，也能靠翻译过日子，确实是个能人。
可是，这种解释你信服吗？肯定不信！这，不跟上面的“因为上帝说凡做麦克尔孙-莫雷实验都无法观测到干涉条纹，所以我们观测不到条纹”有异曲同工之“妙”吗？因为“相对以太运动的物体，其运动方向上的长度会缩短，所以我们看不到条纹”，这未免也有点牵强吧？
为什么会缩短呢？能不能从什么基础上推出来？凭空想象来的呀！半路杀出个程咬金！无端端，跑了个这么的东西出来，不只是你，连当时洛伦兹的很多同行充满非议——这不是为了纯粹解决困难才想出来的嘛！这只是个纯粹为了符合实验而发明的假说！
不同意！……不同意……太不可想象了！你说缩短了，那么你测量得出来吗？嘿嘿，不行，因为尺子也缩短了！噢，天呐，我……
没有来历的家伙！就像今天户口的黑户，什么都不知道。多半是像孙猴子那样，从石头迸出来的！
先保留意见呐！还是那句老话，这种可能先放下，不到最后一刻，我们都不可以用。
看来，在物理学中，当个福尔摩斯还并没有想象中的那么威风！（有些情况还不可以立即下手……）
看看还有没有其他更好一点的方法……
逻辑本身有问题的可能被我们第一时间枪毙了。
地球与以太相对静止，这种解释也因为不符合实际情况，PK了。
洛伦兹的主意倒是巧妙，但是站在他那块土地上，总觉得不够坚实，让人感到恐惧，无法接受。
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可以说，后面两个解释都是在牛顿的假设的基础上，我们加上一些附加条件。一个附上了“地球相对以太是静止的”； 洛伦兹的又是“相对以太运动的物体，其运动方向上的长度会缩短”。但最终都不是解决问题的好方法。
似乎我们进入了死胡同。
看来，再在牛顿的基础上干加工的手脚是没什么前途的。既然，此路不通，那我们就寻找他路。
现在，来尝试一下，不要牛顿的假设了，咱们另起炉灶，自己动手使用别的假设，看能不能解决问题。
参考参考“地球相对以太是静止的”这个想法，虽然地球相对以太并不是静止的，但是它给我们指明了一个方向。只要使得麦克尔孙-莫雷实验中两路光的速度是相同的，我们就有可能解释实验结果。
那怎样才可以推出“麦克尔孙-莫雷实验中两路光的速度是相同的”呢？如果……如果……如果说“光的速度为c是相对光源S来说的”行不行呢？可以吗？
细想一下，很明显，麦克尔孙-莫雷实验中光源S是与地球一起运动的，光速为c如果是相对光源S来说的话，由于我们与光源相对静止，因而两路光线的速度对我们来说都是c！这正好是我们之前想找的！完全合理！要是真的是这样的话，那问题就迎刃而解了！
但是我们千万不可以忘了以太，要知道，按照经典理论，离开以太，光将失去传播的载体！所以，我们新的假设是“以太是静止的，光速与光源的运动有关，光速c是相对光源来说的”。其实，这种观点在19世纪被称作“发射说”。
实践是检验真理的唯一标准。假说终归是假说，得经受住事实的检验才行。
老规矩，做实验，找否定后件或肯定后件！
这次还是天文学家帮了忙，他找到一个叫做双星的现象来说明问题。
“我们来看个例子——双星。双星就是质量相当的、由于万有引力，相互围绕对方来运转的两个星体，最重要的一点，我们要的是发光的双星。想象一下，离地球很远的双星中有一颗以速度v向着地球而来的时候，根据上面的假设，我
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们看到它所发出的光的速度应该是c+v；而当它转了一会，变为背对着地球以v离去的时候，它的光速应该成了c-v。”
“这速度不同，造成了其所发出的光到达地球所用的时间不同，因而在同一时刻观察这一颗星体时，不应该只看到一个点！是吧？”
但是，结果大失所望，只是一点！
事实上，在1924年，有人利用太阳光作为光源来做麦克尔孙-莫雷实验，如果说光速真的与光源有关的话，那么应该是可以看到干涉条纹的（自己想一下为什么）。但是，结果依旧看不到。当然，这已是相对论诞生之后的事情了。
又是否定后件！一枪搞掂！假设不成立！
看来，这也行不通！又一次碰鼻子了！在麦克尔孙-莫雷实验上，我们已是一鼻子灰了。难道它就真的那么不可思议？
这也不行，那也不行，到底想怎么样嘛！
别着急，其实，19世纪的物理学家也不比我们好到哪里去。他们也被麦克尔孙-莫雷实验搞得茶饭不思，不知如何是好。
到了这时候，我们，或者说整个物理学都确实很乱了。仰望天空，已是乌云密布，不再是那朵不起眼的小乌云了，黑云压得人们喘不过气来，人们个个心烦意乱。眺望经典大厦，那条天梯在不停的晃动，最可怕的是还带动了整幢大厦，仿佛下一秒钟就要倒塌，化成废墟。
看来，一场大灾难在所难免。
看来，一场大革命即将来临。
处于乱世，人心惶惶。
但是，英雄越是在危急的情况下越是与众不同，他们不管旁人如何，总能冷静下来，仔细分析一切，然后找出最好的路子，一鼓作气，成就大事。
我们是福尔摩斯，我们一定可以找出打开大门的钥匙。
让他们疯狂去吧！我们安静下来，好好地反思一下……
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我们现在就像站在深山中，云雾萦绕，四处茫茫。环顾四周，可以看到几条我们曾经走过的路，但都证明其实那是走不通的。或许，你还发现了其他的道路，但是在这里就不一一去试探了。如何尽早离开这是非之地，才是上策呀！
为什么？为什么我们所走过的路都是死路？我们前进的指向标可是高高在上的经典物理学呀！它曾经是那么的辉煌！谁也不会忘记当年的海王星的发现是我们的功劳！谁也不会忘记当年电磁波的首次发射依靠的是我们的武器！我们曾经所向披靡，锐不可当！为什么今天却如此狼狈呢？每一招都被敌方所破，反而还弄伤自己！
为什么呀……
一声大喊，回音荡荡。
如此碰壁，令我们不得不重新开始审视我们曾经奉为圣条、当作指路标的经典物理学的基础。我们来认认真真地、对一切都带着怀疑的眼光地琢磨一番那些死路。
第一条路——逻辑问题，首先拿开，这是绝对不可以怀疑的！
再回忆一下其他的道路。注意到了没有，全部都与以太有关！
以太！以太！难道是以太出了问题？
但以太可是经典物理学的根基呀！没有以太，就没有了绝对参考系！没有以太，就没有光的传播介质！没有以太，就没有牛顿大楼和麦克斯韦大楼的联结呀！
说哪里有问题都行，但说以太就万万不可呀！以太被挪动了，经典物理学就没了！
即便如此，我们也管不了那么多了，还是得钻研一番。因为，我们已经无路可走了。
在前面，从《宇宙之谜》里面关于以太的讨论中，有这么一句“以太是不可测度的。”好象这句话有一些问题。
我们先来说说科学中一个相当著名的原理——奥卡姆剃刀原理。它是14世
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纪一个生于奥卡姆的名叫威廉的修道士所提出的。“当我们面对一大堆可以解释某个事实的说法时，我们应该相信假设最少的那一个”。这也充分体现了科学的简洁之美，是科学家的信仰所在。
举个例子。我想很多人都没有见到过上帝，至少没有确切的证据表明有谁见过上帝。那，怎样来解释“没有见过上帝”这个事实呢？
第一种方案。
假设一：上帝是存在的；
假设二：上帝是不可以被看见的；
结论：没有人见过上帝。
第二种方案。
假设：上帝是不存在的；
结论：没有人见过上帝。
你相信哪一种呢？我想还是第二种多一些吧。就算我们还不知道奥卡姆剃刀原理，我们也会选择第二种，是吧？
第一个说法明显多了一条假设，但它的解释也不见得比第二种好多少，只不过解释了一样的事实。而第二种简洁明了，达到了一样的效果，我们很难相信它是不真实的。
好，反观以太，似乎也犯了这种“错误”。
经典物理学也用了两个假设去解释为什么测量不到以太这个事实——以太是存在的，以太是不可测度的（或者地球跟以太是相对静止的、或者存在长度收缩效应……），所以测量不到以太。
可以说，死抱着以太不放，而去解释麦克尔孙-莫雷实验，至少违反了奥卡姆剃刀原理！但是，我们从美的角度出发，又很难相信奥卡姆剃刀原理是错误的。况且，有以太的经典物理学也无法解释得清麦克尔孙-莫雷实验！
要是我们换另外一种更简洁的说法去解释测量不到以太这个事实，或许会合理些——因为没有以太，所以测量不到以太！
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是的，打倒以太！
是的，扔掉以太！
这或许是我们的出路所在！
好，回到我们游客的身份，不当福尔摩斯了。
革命的口号是容易叫，革命的豪言谁都能放。但是，你有本钱吗？你要面对的是千千万万个牛顿的粉丝呀！虽然19世纪不再是布鲁诺的时代，不再是伽利略的年头，但你要想起义，虽说可以不被人家干掉，但也会被口水淹死呀！
你负得起后果吗？要知道，丢掉以太，对经典物理学来说，那是釜底抽薪呀！没了以太，就等于毁了经典物理学！
遥想当年，牛顿在《自然哲学之数学原理》的一开始就给出8个定义，之后在附注中这样写到——
“至此，我已定义了这些鲜为人知的术语，解释了它们的意义，以便在以后的讨论中理解它们。我没有定义时间、空间、处所和运动，因为它们是人所共知的。”（注意后面那句话）
“绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀地流逝，与一切外在事物无关。”
“绝对空间：其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是对绝对空间的量度，我们通过它与物体的相对位置感知它；……例如，地球在运动，大气的空间相对于地球总是不变，但在一个时刻大气通过绝对空间的一部分，而在另一个时刻又通过绝对空间的另一部分。”
可见，在牛顿物理学中，时间和空间都是绝对的。时间不会由于外部世界的变化而受到影响，它是独立流逝的，与它之外的东西都没有关系。而更重要的是，从牛顿的地球和大气的例子中，我们可以清晰地领略到，空间也是绝对的，它是
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其他一切外部事物运动的度量标准。而这个唯一的绝对空间又是什么呢？
正是以太！
再来，电磁学中，光波靠什么介质传播呀？
还是以太！
由此可见，以太在经典物理学中具有多么重要的位置。
万万不可去掉呀！这也是当时大多数物理学家的忧虑。
从牛顿的讨论中，我们也可以了解到牛顿的绝对时空观，它们不会受到任何外界事物的影响。这也符合我们的认识呀！时间如流水，试问有谁可以让时间慢下去或快起来的？时间是无情的，它不会取悦于个人欢喜，所以，古往今来，留下了那无数感慨时间的佳句名篇。空间自然也是绝对的呀，它独立存在着，我们只能够在其间运动，而永远不能消灭它，或者改变它半点！
要是有一天，有人说时间和空间都是可以改变的，那我们就会用惊奇的眼光看着他，怀疑他是不是有点问题。
可以说，没有接触过相对论的人们，他们的时空观基本上都与牛顿的一致。而就算学习过相对论的人，也未必可以完全离开绝对时空观。绝对时空观是我们的常识，要改变它，确实不容易办到。也正因如此，当时很多物理学家都不敢跨过这道门槛。
但是，革命的时机已经成熟！暴风雨即将来临！
乱世出英雄。
异端总能在时代上找到他们的位置。
早在1883年，奥地利物理学家马赫就写了一本名叫《力学及其发展的历史批判概论》的书，对牛顿的绝对时空观打出了反对的第一声炮响。“我们不要忘记世界上的一切事物都是相互依赖的，并且我们本身和我们的所有思想也是世界的一部分。”他写道，呵呵，直接质疑牛顿的绝对时间和绝对空间。他还更进一步指出“绝对时间是一种无用的形而上学的概念”。马赫的思想对后来的很多物理学家产生影响，其中包括相对论的创始人爱因斯坦。
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另外一位“起义军”是亨利?庞加莱。这个人物，中国的朋友一定不会生疏。在去年，著名华人数学家丘成桐就向世界宣布，来自中国中山大学的教授朱熹平和旅美数学家曹怀东为“庞加莱猜想”的破解做了封顶工作，这“庞加莱猜想”的解决可是震惊中外的大事！我们中国同胞也着实高兴了一回。
这个“庞加莱猜想”的提出者正是我们这位仁兄。
“庞加莱猜想”在这里就不细说了，毕竟，那是数学上的问题，不过它的解决也将对物理学起到很大的影响。
庞加莱跟笛卡儿是“老乡”——都是法国人。他也跟笛卡儿一样，不仅数学不赖，物理学也不简单。或者说，庞加莱更拽一点，他可是“最后一个数学全才”！在各个数学领域都干得贼拉出色，都是顶呱呱的。“庞加莱猜想”就是最好的证明，呵！这一提出来，难倒你多少数学家呀，竟用了100年才证明出来！
要是你学习过非欧几何的话，肯定不会不知道庞加莱模型（对，就是用单位圆作为非欧平面那个），正是他的努力，才使得非欧几何被人更广泛地接受。
在物理学上，可以说，庞家军几乎是差不多要干掉经典物理学帝国，甚至政权都建立得七七八八了。
庞加莱1854年4月29日生于南锡，1912年7月17日卒于巴黎。少时就表现出了非凡的数学才能，在科学上具有很高的造诣。在经典物理学帝国政治腐败，民不聊生的末期。他揭竿而起，来势汹汹。
几年里，接连出兵，战绩累累。
首先指出想要证明物质相对以太的运动是不可能的，实际上将矛头对准了以太。
接着提出光速对于每一个观测者都应该是相同的。
还抗议说同时性是没有意义的。
写下了“质量应随速度的增大而增大”的庞加莱思想。
……
可以说，这些结论和后来的相对论是极其接近甚至是一样了（当然在这里先
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不细说了，后面将会详细说到）。庞加莱已经能够清晰地听到相对论的呼吸和心跳声，却由于无法用一个逻辑的体系将这些结论统一起来，最后与相对论擦肩而过，这多令人叹息呀！
似乎历史的重任注定要落在另外一个人身上……
与庞加莱是一个很厉害的数学家相比，洛伦兹更应该算是一个物理学家。但是，就是那么有趣，在解决经典物理学的危机中，两个人竟互相颠倒了过来——庞加莱提出了很多物理原理和思想，而洛伦兹却得到了一大堆数学表达式！
前面已经说到，洛伦兹提出了收缩假说的表达式，但是由于“来历不明”而并不被大家接受，而认为那只不过是乱来的小把戏。在1895年以及接下来的几年中，洛伦兹一直在这个问题上孜孜不倦，埋头苦干，不断用数学方法改进。并最终在1904年，他完成了《速度小于光速系统中的电磁现象》的论文，提出了一个变换式，这也就是后来以他的名字来命名的、相对论的基本变换式——洛伦兹变换（咱们后面再细细道来）。
洛伦兹一直没有跳出以太的条条框框（看来他的奥卡姆剃刀原理不太过关哟！^_^），他企图在经典理论的范围内解决问题，但是事与愿违，从他得到的理论中竟然得到了粒子质量随速度的改变而改变、时间会变慢、粒子在以太中的运动速度不能大于光速等与经典理论相矛盾的结论，令洛伦兹啼笑皆非，连连摇头。
虽是如此，与庞加莱一样，洛伦兹也不能算是真正发现了相对论。他的观念依旧无法超越经典物理学，他说“我们不能无条件接受光速极限”，还认为同时性是理所当然的，并且表明自己从不怀疑绝对时空。M．Born是这样评价洛伦兹的——“也许（洛伦兹）从来没有成为一个相对论者。”
而在此时，一个名叫科恩的物理学家也在一步步接近相对论，不过，都是可望而不可即。
从上面三个人的例子，我们不难感受到，时代发展到今天，物理学发展到这
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种地步，相对论已是呼之欲出了！它已经具备了降临世上的基本条件，甚至基本轮廓都已经呈现了，可以说是历史不可阻挡的潮流！接下来，就是要看是谁捡到这块蛋糕了。
爱因斯坦也表示过，如果没有他，狭义相对论依旧是会诞生的，它不是一个人的天才创造，而应该是时代的产物！
我想再强调一遍，狭义相对论应是时代的产物。认为相对论是爱因斯坦个人的杰作，那是对相对论的误解，是对历史的不尊，是对其他物理学家的忽视。
确实，只要我们仔细去回味一下之前的旅途，我们是可以明白这个道理的。牛顿为了解决麦克斯韦的光速问题，从经典的角度出发，提出一个方法。但是，随着时代的发展，人类能够接触到的东西更多了。于是，麦克尔孙和莫雷做了一个名垂青史的实验，结果证明牛顿的方法是行不通的。那就得找第二种办法呀！洛伦兹、庞加莱等人就担负起了这个责任，并且向前走了一大步，离最终目标也只有一步之遥了。可以说，这时候，相对论是水到渠成，历史潮流。
绝非一个人可以创造一个超出时代的奇迹。
英雄也得向时代低头。毕竟，谁能一眼望穿天下事，只有时代的发展，人类方能获得更多的认识。
可是，反过来想，捡蛋糕的人也得有点水平吧？呵呵，可不是每个人都能捡到蛋糕的哟！从这个角度上看，爱因斯坦又确实拥有过人之处。
好了，一路走来，到了这儿，已经是1904年。此时此刻，距离那个光辉的时刻只有一年了！
回头看看经典物理学大厦，那天梯在不停地晃动，整幢大厦岌岌可危。只要有一个轻轻地一推，所有一切都将化为灰烬。黑云压城城欲摧，暴风雨必将来临，革命在所难免。
不过，我们得折回到25年前，去迎接那个将来要推倒这幢大厦的英雄。一瞥他的童年和成长历程，思考一下他的成功究竟是偶然，还是必然。
没错，咱们到最近的德国南部的那间小旅馆里去歇一会儿，洗洗尘，睡个好
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觉……
第三章 人类科学的异端
之所以不顺着麦克尔孙-莫雷实验直接进入狭义相对论，而来个转折回到爱因斯坦的成长历程，原因有二：一是按笔者个人感觉，爱因斯坦的童年对他以后的成就和人格有很大的决定作用，他小时候受到的一些影响，在他以后的生活和研究中留下了深刻的印记。如果我们可以透过这些去看相对论和科学的话，将会加深我们的理解以及思考的空间。
二是爱因斯坦曾经说过，他发表狭义相对论之前，并不太清楚麦克尔孙-莫雷实验，可以说，麦克尔孙-莫雷实验对他完成相对论的创建没有起到太大的作用。在我看来，这是可信的。因为爱因斯坦的人格可以首先给出肯定的答案，他一生同情弱者，信奉真善美，充满正义感；再一个，爱因斯坦成长中所养成的那种对美的追求和思维，使得他能够独立从对规律的信仰的角度来发现相对论，而不一定要从具体矛盾出发。因此，从爱因斯坦的角度出发，麦克尔孙-莫雷实验跟狭义相对论没有必然的因果关系。
正因如此，我决定插叙爱因斯坦的成长故事，希望诸位可以得到更多的体会和启示，也可以看看我上面说得有没有道理，同时还可以增添这篇文章的趣味性，而不只是单纯的理论介绍和讨论。
不再罗嗦了，走吧。
1879年3月14日。
德国南部的乌尔姆小镇。
一个名叫阿尔伯特?爱因斯坦（Albert Einstein）的婴孩呱呱坠地。
谁也不会想到，这个婴孩，未来将改变人类的科学史，甚至改变人类的历史。
一切都是那么的平常，跟平时没有什么两样。
或许，也只有这样的平常才能衬托得出这样的伟大。
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两岁时，小阿尔伯特都还没有开口说话，不过医生做了检查之后，说他不是不会说话，而是在思考什么（慧眼识英雄）。正是这个爱思考的习惯，一生伴随着爱因斯坦，并且成就了他那非凡的科学成就。
小阿尔伯特的妈妈葆琳对儿子那丰富的想象力留下了深刻的印象。一天，她在弹奏莫扎特的钢琴奏鸣曲，突然发现小阿尔伯特不知什么时候已一动不动地站在旁边了，他静静地倾听着。看着儿子一脸陶醉的神情，葆琳高兴地抱起他：“亲爱的，你看到什么了呢？”“花园……微风……还有星星……”从断断续续的词语中，我们可以感受到小阿尔伯特的想象力是多么丰富呀！
“想象力比知识更重要”这是爱因斯坦的名言。知识是有限的，而想象力却可到达所有的地方。每当我们被那些物理理论天马行空的结论所震惊时（像广义相对论的时空弯曲、黑洞、弦……），我们就会感受到，物理学确实是一个极其需要想象力的学科，光有数学工具是还不够的，物理学家还得在脑海中描绘那惊人的多维空间和千奇百怪的结构等等，从而更快地找出它们的物理意义和图象。而爱因斯坦恰恰拥有这种强大的武器，所以就更加显得有点与众不同了。
或许，这也是爱因斯坦取得如此叹为观止的科学成就的一个因素吧！
受母亲的影响，小阿尔伯特在三岁就开始练习小提琴。每次，小阿尔伯特都在老师严格的监管下反复练习那些枯燥的指法、基本功，弄得全身酸痛。但是，小阿尔伯特又舍不得那优美的乐声，每次都陶醉于其中。后来，小提琴也成为爱因斯坦终生的陪伴。要是爱因斯坦不当物理学家，也会成为一个重量级的小提琴家。
每当思索那些物理问题，思维陷入死角时，爱因斯坦就会拿起小提琴，在悠扬的乐声中，他的思维却溜进了深邃的科学殿堂。音乐是科学思想的催化剂。在婉转悦耳的音乐中，思想的火花不断迸射，并点燃了真理之火。
物理学家的音乐造诣不低，这是物理学的一大看点。爱因斯坦爱拉小提琴，普朗克的钢琴功夫可谓一流，牛顿的风管也不逊色，费曼的手鼓更值得品味……（费曼是20世纪美国著名物理学家，在量子物理学中贡献很大）
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这也是我们应该思考的问题。这么多物理学家喜爱音乐，是偶然吗？艺术跟科学真的分家吗？或者两者是互补的呢？……这就当是今天留给你的作业吧，不要求交上来，但是做了收获肯定不小。
五岁那年，一次生病，父亲为了使躺在病床上的小阿尔伯特不至于那么寂寞，给他带回来了一个罗盘。
这个小东西一下子就吸引住了小阿尔伯特，他拿在手里，发现了一件不可思议（在他看来）的事情：咦？无论怎样转动、翻转，那根小针为什么总是指着同一个方向呢？多么奇怪呀！
小阿尔伯特觉得这罗盘后面肯定隐藏着什么，一定有些什么东西。爸爸告诉他，是磁力使得它永远指着那个方向。
可是，什么又是磁力呢？为什么磁力可以这样做呢？为什么它看不见呢？……那颗幼小的心灵完全被它占据了，以至很长一段时间内，他一直拿在手里，一个人静静地摆弄，静静地思考。看到他那一副痴迷的神情，全家人都为他担心。后来，小阿尔伯特终于放下了，全家人才松了一口气。
其实，他并没有放下，以至于他一生都在思考着与磁力有关的问题。
对大自然的深深痴迷，对规律的孜孜探索。
对别人不以为然的现象，却能注意到别人不能注意到的事情。
想前人未想之想，事前人未事之事。
是一个科学家成功的基础。
从罗盘这件事情可以看到，这些也是爱因斯坦所具备的。
1888年，爱因斯坦9岁那年，他顺利踏入了慕尼黑著名的路提彼德中学，开始了新的生活。但是天性向往自由的他，对学校那种压抑、机械化的教育感到极大的反感。
是呀，大自然本来就是多姿多彩，认识更应该是百家争鸣。
为什么要统一答案呢？为什么要压制自由呢？
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爱因斯坦一直来的这种思想注定他会向权威挑战，将成为人类的异端分子。
犹太民族有着一个古老的传统，就是在每个星期四都要邀请一位家境比较贫寒的犹太同胞到家里一同进餐，以表示民族之间的互爱团结。在爱因斯坦进入中学的第二年，他们家经常邀请一位名叫塔尔梅的大学生到家里做客。
很快，爱因斯坦就和塔尔梅结下了深厚的友谊，他经常问塔尔梅一些物理和数学的问题，往往有些问题连这位大学生都答不上来（好生厉害！）。看见一位求知欲如此强烈的孩子，塔尔梅给爱因斯坦抱来了一摞厚厚的书籍，那就是伯恩斯坦编著的《自然科学通俗丛书》。这本书在爱因斯坦成长路上起到了极其重要的作用。
爱因斯坦从《自然科学通俗丛书》中学习到了物理学、化学、动物学、天文学等诸多知识。他深深被这些神奇的内容吸引住了，甚至不惜花费睡觉的时间去阅读它。
而最令他疑惑的是，为什么上帝在上面没有位置呢？
从小学到现在，宗教课上都说上帝是存在的，它创造了万物，包括我们人类，主宰世间一切。
可是，眼前的这本书却根本找不到上帝的痕迹，取而代之的是一个井然有序的物质世界。它是那么的充满秩序，以致根本不需要上帝来参与任何环节！
爱因斯坦被书中描述的自然界的发展规律折服了，从中他深深体会到了一种神圣的美——规律的美。这种美太令人震撼了！行星运转，时间流逝，生老病死，物质反应……一切都好象是心心相通，世间万物仿佛早已约定了一般，充满默契，各司其职，奏响了一首自然的和谐交响乐。而隐藏在这个大千世界的背后，演绎了这一切的正是——规律！
是的，上帝是不存在的！
是的，圣经说错了！
是的，一切所谓的权威都是不可信的！
是的，一切都应该去怀疑！
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爱因斯坦少年时代的宗教天堂就这样失去了，而同时也开始一步一步走进了科学的殿堂。
或许，我们也可以认为，爱因斯坦后来那种不畏权威的勇气正是从这时候开始的。
就在爱因斯坦升入三年级，即将开始学习一门新的功课——几何学。叔叔雅各布告诉他，几何学是一门充满智慧的学问，在这里，你必须学会证明，这也是一种对人的智力更大的考验和挑战。雅各布叔叔还随手拿起一张纸，画了一个直角三角形。
“注意到了吗？孩子，所有的直角三角形都有这样一个性质——这两条直角边的平方和，就刚好等于这条斜边的平方！”叔叔微笑着说。
爱因斯坦看来看去，似乎显得不太相信（好样的！异端就要来了！），又用手指在纸上量来度去。
“不用量了，这个关系已经经过严格的几何证明了，对所有的三角形都是适用的，是不会错的。早在2000年前，古希腊的一位大数学家就给出证明了。孩子，你为什么不也来试试呢？试着去证明它……”叔叔摸着小爱因斯坦的头。
太有挑战性了！太刺激了！爱因斯坦一头扎了进去，下决心要把它给证明出来。
一连几个星期，爱因斯坦一个人一有时间就坐到小书桌前，对着一个直角三角形思考着，涂划着，计算着……
三个星期后，爱因斯坦根据三角形的相似性成功给出了证明！当他把证明拿给叔叔看时，雅各布惊叹不已，不禁为侄儿的数学才能折服。本来自己只是想告诉侄儿有这么一个几何命题，不经意间鼓励他去证明，没想到他竟然办到了！
天才喷薄而出！
这是一个属于你的时代！来吧！爱因斯坦！
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在学习平面几何的过程中，简洁而又严谨的几何公理、定理给爱因斯坦留下了非常深刻的印象；那种建造体系的方法，给了他无比强烈的震撼！
欧几里得几何从一些显而易见、直接承认其为真的公理出发，利用逻辑推理的方法，用这些公理推理出一大串定理和推论，证明过程无懈可击。就像倒金字塔，从一点出发，一步一步地建立起整幢欧几里得几何大厦。
在《几何原本》第一卷中，欧几里得一开篇就给出23个定义，说明了研究的基本要素；5个公设（包括著名的第五公设）；以及5个公理。这些定义、公设和公理，都是我们耳濡目染的，是我们的原始经验，于是直接承认它们为真命题。之后就是从以上的定义、公设和公理出发，推理出48个命题。非常严谨和简洁，流露出一种和谐、简单、明确和有秩序的美。
这就是数学上极其美丽的公理方法，是数学上最壮丽的篇章，最恢弘的史诗。
公元前3世纪，亚里士多德总结了前人积累的逻辑知识，用演绎证明的科学为例，给出了三段论法（这是中学的数学内容，还记得吗？），标志着公理方法的诞生。
这种方法一直影响着后来的科学家，并且利用它铸造了人类科学史上一次又一次的辉煌，其中包括上面提到的欧几里得几何，还有将来的相对论。
公理方法具有很多优点。由于它是从尽量少的公理出发，并经过严格的逻辑推理得到结论；所以只要基础是正确的，那么所有的推论都必然是真实的。它的定理和命题按照逻辑演绎的关系串联起来，使用起来就相当方便。而它的简明性、条理性和和谐性，又充分体现了美学的要求。
再说远一点。
一个公理体系一般应该满足这样三个条件。
相容性。人民内部绝对不能有矛盾。同样道理，同一个体系中可不能出现互相矛盾的两条公理。
独立性。公理与公理之间应该是互相独立的，不能从这条公理就可以推出另一条公理，那被推出的那条还用干什么呢，是吧？把它当定理、推论就行了！
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完备性。所选用的公理应该保证可以推出该分支的所有命题，这也是应该的吧？但是，要验证一个公理体系是否完备是非常困难的，甚至现在都还办不到。
好，就说到这里吧。本来，那时的小爱因斯坦应该是还没有体会到这么多知识的，在这里，我只想借题发挥罢了。希望给诸位介绍一些数学上的知识，但是这些对了解相对论有极其重要的作用哦！（后面我们就会知道，相对论里边也有公理方法的风采）
就这样，从罗盘到代数，到几何，到微积分……爱因斯坦一步一个脚印，踏踏实实地向着科学高峰进军……
1894年，爱因斯坦举家搬迁到意大利的米兰。
但是爱因斯坦却不能同行，因为他还有最后一年才能从路提彼德中学毕业。孤独一人，佳节思亲。在这一段时间里面，爱因斯坦非常想念家人。从父亲的一封封来信中，爱因斯坦领略到了阿尔卑斯山那边的秀丽景色，感受到了米兰那充满自由气息的生活。再对比自己现在在学校里的古板生活和令人窒息的教育，爱因斯坦感到极大的落差。
这也使得他更加向往意大利的生活，更加厌恶路提彼德中学的日子。
离开它吧！
这里不适应我！
我要到自由的地方去！我要在我自己的天空下创造我自己的世界！
于是，他作出了一个惊人的决定：离开路提彼德中学！离开德国！
这是一个重大的转折点，它将改变爱因斯坦的一生。
铁定心肠之后，爱因斯坦就开始紧锣密鼓地筹备他的退学计划：请求医生开个证明，说他神经衰弱，要前往意大利随父母休养。其实，这也是不难办到的。因为在大家眼中，他的神经确实有点问题：上课昏昏欲睡，还时不时提出一些连老师都无法解答的“神经兮兮”的问题。
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天有不测“风云”。
就在这个时候，学校训导主任把他叫到了办公室，严厉地对他说：“爱因斯坦先生（这个……），根据大多数师生的反映，你带坏了学校的风气，影响了我们的正常教学，如果你能够离开这里的话，我想大家一定会很欢迎的！”
哎！还弄得我搞了大半天！早说嘛，真是的！离开是吧？我求之不得呢！
想不到问题竟然这样就解决了。
由于被学校勒令退学，爱因斯坦带着遗憾但更多是欢喜的心情踏上了火车，要回到了家人的身边。
温和的阳光拥抱着美丽的阿尔卑斯山，白云在蓝天中懒洋洋地徘徊着，鸟儿叽叽喳喳你追我赶，一阵风吹过来，带来了久违的醉心的花香。爱因斯坦看着窗外的景色，感到了一种从来没有过的轻松和自在。
到了意大利之后，爱因斯坦每天都过着愉悦的生活。呼吸自由的空气，欣赏古典的建筑，感受浓厚的文化氛围……意大利这个14世纪欧洲文艺复兴的中心，深深地感染了年青的爱因斯坦。
或许有那么一天，我也会像文艺复兴的先哲们那样呢！
宽松自由的气氛往往最能够激发人的创造力了。
在意大利的怀抱中，爱因斯坦的思想开始在天马行空的想象中张开飞翔的翅膀。
躺在葡萄园中，爱因斯坦悠闲地拨动着葡萄的枝叶，好不惬意！突然，一些事情引起了他的注意：在阳光的照射下，随着葡萄叶的晃动，落在他身上的光斑有的消失了，而新的又很快挤了进来，仿佛没有任何东西能够阻挡它们的前进。
爱因斯坦陷入了沉思之中：光线究竟是什么东西呢？书上说光是通过以太来传播的，可是以太又是什么呢？它看不见摸不着，怎么能够清楚它的存在呢？……确实，古往今来，从来就没有人证明过它的存在，可是为什么大家都深信不疑呢？既然不能证明它的存在，不就等于不存在吗？（异端！）难道……
呵呵！要是把我捆在光线上，嘿嘿，会发生什么事情呢？或者，我一下子变
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成了光线，会看到什么呢？会不会看见以太呢？……
光真是个好玩的东西！嗯，有太多东西我想不明白了，不过，这种思考却非常的有趣……
……
爱因斯坦的物理直觉告诉他，这里边一定隐藏着一个天大的秘密。
是的，直觉对于一个物理学家太重要了！
当你置身于迷雾之中，你根本不知道应该向哪一个方向迈步，但是，你又没有过多的时间去试探每一个方向。你必须勇敢地选择所迈出的第一步，而这一步就靠的是你的直觉和判断。
直觉是一个人在长期的经验中，无意识地形成的一种决策方法。它不是乱来的，而是一种充满先知和灵性的感觉。只有在长期的反复中，方能拥有这一种不可思议的能力。
这对一个物理学家太有用了！它能够帮助他敏锐地把握解决问题的方向，使他更快地接近真理。
这是上天对天才的恩赐！
事实上，不仅物理学家，还有艺术家、文学家、军事家……甚至平常人，他们在解决问题、判断问题时都会得到直觉的帮助。
而爱因斯坦恰恰拥有这种最强大的武器！
整整一个下午，爱因斯坦都在思考着与光有关的问题，却没有得到一个满意的答案。但他感觉到似乎之前的物理学家走错了道路，他的心中泛起了挑战的涟漪……
看来，未来相对论的发现者已经在心中播下了种子……
退学归退学，但是，学业毕竟不能荒废呀。在父亲的探询下，爱因斯坦找到了一间满意的学校——瑞士的苏黎世联邦工业大学（ETH）。
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1895年，爱因斯坦登上了前往苏黎世的火车，去参加ETH的入学考试。不过终未如愿，由于他的拉丁文等文科成绩一塌糊涂，不得不与梦寐以求的学府擦肩而过。然而，他的数学和物理成绩却给大学的教授们留下了非常深刻的印象。在校长的建议下，爱因斯坦来到阿劳中学补习，准备来年再次报考ETH。
阿劳中学是一所开明的学校，它并不推崇传统教育，而为学生创造了自由、民主、向上的氛围，让学生在潜移默化中踏入知识的殿堂。在这里，爱因斯坦开始由一个腼腆的孩子逐渐变成了一位坚定自信的青年。
殊不知，这是在补习的这一年中，爱因斯坦重新捡回了对光速的思考，第一次磨亮了他的相对论之剑。
假如我追随一束光线而去，我会看到什么呢？譬如这束光是从广场的那座钟上射出来的，我是不是会看到一座静止的时钟呢？还是看到别的？……
醉里挑灯看剑。
……
1896年秋天，爱因斯坦不负众望顺利考上了ETH。
就在同一年，他最终说服了父亲，自己放弃了德国国籍，终于离开了德国。
那一年，他17岁。
进入了大学，爱因斯坦对一切都感到无比的新鲜。除了数学、物理等必修科目之外，他还选修了一大堆有兴趣的课程。
在大学里面，爱因斯坦依旧“神经兮兮”。他竟然“疯”到这种地步——必修的课程他经常缺席，而选修反倒节节必听。其实，这也是难怪的，必修的那些科目，爱因斯坦早就自学完了，再听也是无聊的重复罢了。
对于逃课的时间，爱因斯坦也并没有花在逛街、睡觉、跳舞或者CS（^_^）上，而是泡在图书馆里边。在那里，他可以阅读到麦克斯韦、玻尔兹曼、赫兹等等大名鼎鼎的物理学家的著作，并且还有机会接触到前沿的物理知识，这些都为他的未来打下了坚实的基础。
营里剑光闪耀。
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……
在教授的眼中，爱因斯坦是一个十足的异端分子。他不拘不束，睥睨权威，一点儿也不尊重老师，往往在课堂中当面指出大师们的错误，让他们不知把脸往哪儿搁。还对一些知识充满了质疑，甚至把矛头指向了经典物理学。
在大学的四年里，爱因斯坦接受了马赫的观点（就是前面说到的那个马赫），开始认识到了牛顿力学的绝对时空观的一些问题，并有了向经典物理学挑战的冲动。
是的，要与西风战一场，遍身穿就黄金甲！一位准备为科学真理而战的异端分子，威风凛凛，站到了我们的面前。
壮志直指天堑。
……
也正因为他的放浪不羁，尽管他的成绩不错，却没有教授肯留他在身边工作。毕竟，他太危险了。
其实说到底，这样的原因应该是传统的权威的教授根本无法接受这么一个蔑视传统、蔑视权威的异端分子！恐怕他有一天真的会把经典物理学冲垮！
无奈未能实现。
……
在面对失业的迷途中，爱因斯坦却一直没有放弃对物理学的思考。大学毕业的很长一段时间内，他只能靠给别人当代课教员或者其他的工作勉强过着生活。
果然非同寻常！一个连稳定工作都没有的年轻人，温饱都是个问题，更别说去阅读最前沿的杂志或者参加什么学术会议了。而正是这样一个生活困窘的人竟不可思议地完成了别人无法办到的事情，改变了世界。
后来，在1902年，大学的好朋友格罗斯曼向爱因斯坦伸出了援助之手，给他在瑞士伯尔尼专利局找到了一份技术审查的工作。终于，生活问题有了着落。 80
哎，逆境出人才呀，诸位。
在审查的工作之余，坐在办公桌前面，爱因斯坦依然会苦苦冥想着光和以太的问题，进行着他最具创造性的努力。
空闲的时间，爱因斯坦经常和他志同道合的朋友们来到奥林匹亚咖啡馆聚会，讨论一些与科学相关的问题。他们还戏称这是“奥林匹亚科学院”。他们往往在一起对一些物理问题进行激烈的争论，“醉翁之意不在酒”，他们的目的并不在于喝茶聊天，而是对科学真理的孜孜探索。咖啡馆里的人一定不会想到，他们中的一个竟然会真的攀登到了科学的颠峰。
而在此期间，爱因斯坦也在默默酝酿着他的相对论，还与科学院的成员们交流了一些意见。
确实难以想象，一个面对工作、生活诸多压力，而且没有多少出席科学会议、接触前沿突破的机会（顶多也是奥林匹亚科学院那不正规的科学会议）的人，竟然做出了人类科学史上极其伟大的贡献。这也说明了爱因斯坦的确有他过人的地方，的确有他天才的一面。
很快，那位人类的异端分子就要向绝对权威、当时很多人都不敢说半个“不”字的经典物理学发起冲击，而物理学也即将迎来一场风雨交加的革命，并在革命之后绽放出更加绚丽的光辉，照亮了未来的道路……
就说到这里吧，让我们深深地吸一口气，拍拍脑袋清醒一下，去迎接那个天崩地裂的1905年，走到革命的最前线，看看英雄是如何推倒那座金碧辉煌的大厦，又是怎样建造起一座更是雄伟壮观的相对论宫殿……
从爱因斯坦的成长历程中，我们可以看得到，他确实具有了最优秀物理学家的性格特征。热爱思考，具有很好的艺术造诣，还有丰富的想象力，以及不错的数学功底，几何比较专长，有探索科学的勇气和耐性，最重要的是，不畏权威，推陈出新，是一个十足的异端分子。
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如此说来，爱因斯坦成为一个伟大的科学家还是很有说服力的。
1905年，一个历史上极其特别的年份。
1905年，一个人类应用黄金来书写的年份。
1905年，一个充满了奇迹的年份。
这一切，因为一个名叫爱因斯坦的公务员在德国《物理学年鉴》上发表了5篇论文，带来了物理学那场伟大的革命，推倒了一座脆弱的金碧大厦，开启了物理学新的纪元。这一年，爱因斯坦在分子运动理论、量子理论和相对论上作出了开创性的工作，缔造了“爱因斯坦奇迹年”。
这一年，足以和三个世纪前牛顿那个1666奇迹年相媲美，是人类历史上光芒闪耀的一笔。
在这5篇论文里面，其中第一篇《分子大小的新测定》是申请苏黎世大学的博士的论文。爱因斯坦把经典的流体动力学技巧和扩散理论想结合，创造出了一种测定分子大小和阿伏伽德罗常量的新方法。而这篇博士论文后来也成为了他的最频繁被人引用的论文之一。
《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》解释了布朗运动。布朗运动是英国植物学家布朗于1827年在用显微镜观察浸泡在水中的花粉时发现的，这些小花粉在水中做无规则的运动。当时人们还在争论物质是否由分子或原子组成，而爱因斯坦就敏锐地指出，布朗运动中的花粉正是由于受到水分子的随机碰撞才做这种无规则运动的，以此作为证明分子存在的证据，对分子运动理论作出了不可磨灭的贡献。
《关于光的产生和转化的一个试探性观点》提出了光量子，完美解释了当时经典物理学无能为力的光电效应的实验结果，对量子理论作出了开创性的工作。
接下来是《论动体的电动力学》，解决了经典物理学面临的危机，将以太丢进历史的垃圾桶，给出了狭义相对论，下面我们将细细说来。这是一篇没有参考文献的论文，在末尾爱因斯坦只对他的同事和好友贝索表示了感谢（太拽了！）。
《物质的惯性同它所含的能量有关吗？》作为对《论动体的电动力学》的补
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充，只有仅仅的三页纸，是历史上最为短小精悍的论文之一，带来了大名鼎鼎的公式——E=mc2！稍后我们也会来感受一下它的威力。
将这5篇划时代的论文编纂成集的主编约翰?施塔赫尔这样概括了它们的意义：
努力扩展和完善经典力学传统；努力扩展和完善麦克斯韦电动力学并修正经典力学使之与它一致；论证经典力学和麦克斯韦电磁学的有效性都是有限的，并试图理解这些理论不能说明的现象。（参见《爱因斯坦奇迹年——改变物理学面貌的五篇论文》）
正是这五篇论文，改变了20世纪物理学的面貌，并深刻地影响了人类的命运至今。而爱因斯坦也正是凭借它们推倒了牛顿大楼和麦克斯韦大楼的天梯，最终使得经典物理学大厦化为灰烬。
为了纪念爱因斯坦，为了纪念这个充满神奇色彩的1905年，国际物理学会和联合国将一百年后的2005年定为世界物理年，并进行了一系列的活动，其中包括“物理照亮世界”的全球性光速传递活动。缅怀伟人，承前启后。
在这里，也让我们向阿尔伯特?爱因斯坦先生致敬！
旧时门榭堂前燕，飞入寻常百姓家。
此时此刻，面对经典物理学大厦的断瓦残垣，心中难免涌上来一种悲凉的感觉。不过，还是让我们抹平心中的伤痕，暂时忘掉经典物理学的一些错误思想，保持一个清醒的头脑，不要对绝对时空观依依不舍。记住了吗？
转头一看，一座更加宏伟的建筑已经拔地而起！万人朝圣，好不壮观！新时代的风采让我们怦然心动。
好，现在让我们去感受一番相对论的精彩。
先打声招呼，为了说明问题，接下来将会出现一些数学式子。那些本身对它过敏的旅客可要注意了，打好预防针，做好心理准备哟。不过，向你们保证，这
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些数学式子都是非常简单的，无非就是加减乘除开方，你们一定可以看得轻轻松松。不要忘记了，前面说过：
给予数学一个正确的对待，还予数学一个公正的评价。这是我们的责任。
相对论呢，就分成两部分，一个是1905年发表的狭义相对论；另一个是诞生于1915和1916年间的广义相对论，广义相对论涉及到引力的问题，所用到的数学知识令我们望而却步，那方程解起来直叫我们头晕。在这里，我们主要说的是狭义相对论。
其实，有两个相对论，也不是爱因斯坦剧情的安排，说到底，这应该遵循了人类认识事物的规律。狭义相对论主要解决的是惯性系里面的问题，而在面对非惯性系时就无能为力了。所以，那就得进一步推广呀，让咱们也能够在非惯性系里驰骋，于是，广义相对论应运而生了。看来，“狭义”（special）和“广义”(general)还是非常准确的。不过，狭义相对论刚发表之时，还没有得到这个如雷贯耳的名称，只是后来广义相对论降临了之后，人们才根据它们的有效范围分别起了这两个名字。
可以说，爱因斯坦是欧几里得的忠实粉丝，你肯定没有忘记，爱因斯坦曾经深深感受到了欧几里得公理体系带给他的震撼。以至他终生不忘，发扬光大，在建立狭义相对论时，就运用了这种简洁、美妙的方法，从尽量少的原理出发，通过倒金字塔形式构建整个理论大厦。
下面我们就来聊聊这个公理体系，看看它有多美丽，又是怎样建造起狭义相对论大厦来的。
其实，狭义相对论的公理体系不仅仅是两条假设（或者叫做原理），它还包括其他的一些公理。不过，那些都是经验性的、大家都不自觉地在用的，要是说起来，反倒有点哲学的味道。所以，我们在这里就略去不详谈，而只来看看那两条最经典的原理。
这两条原理分别是：
1、狭义相对性原理：物理定律在任何惯性系中都是相同的。
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2、光速不变原理：在所有的惯性系中，真空的光速都是一个常数c。
呵呵，可以读得明白吗？不明白可不要紧，这是教科书或者搞研究的一种“通病”——把规律表述得尽量简洁、清晰。所以说，搞科学，语文功底也少不了呀！下面，我们就换回平时的比较通俗、“罗嗦”的说法，意思还是一样的。
首先是狭义相对性原理。
还记得前面我们说伽利略相对性原理吗？我们把难懂的句子最终换成了“在所有的静止或匀速直线运动的参考系中，力学的规律都是相同的”。现在，我们也把狭义相对性原理换成这种说法——
在所有的静止或匀速直线运动的参考系中，所有的物理规律都是一样的。
我必须再强调一次，是——所有的物理规律！
发现不同了吧？
牛顿用的是伽利略相对性原理，而伽利略相对性原理说的是“力学的规律”。
爱因斯坦用的是狭义相对性原理，而狭义相对性原理说的是“所有的物理规律”。
很明显，爱因斯坦的原理比牛顿的厉害多了吧——所有的物理规律不仅包括你的力学规律，还包括了电学的、磁方面的……
这很拽吗？
当然了！就这么一换，世界就变了！
在伽利略相对性原理中，力学的规律才不变。而电磁学的放进去就变了呀！记得吗？把麦克斯韦的理论用牛顿的观点来看，光速c就有问题！而做实验（麦克尔孙-莫雷实验），却找不出这个问题来，实验似乎说电磁学的规律放进去应该也是不变的。这就说明牛顿好象不太对呀！
或者从数学上说，把麦克斯韦方程组放进伽利略变换式（与伽利略相对性原理相对应的式子）中进行变换，结果它的形式发生变化了，也就是说，跟未变换前的不一样了！这也应证了只有力学规律放进伽利略变换式中形式才不发生改变的说法。
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但是，数学是追求美的，物理学是追求美的！
为什么电磁学的规律那么特殊？它放进去就改变了！这不符合规律的普遍性的追求呀！规律嘛，应该大家平等，你这条规律能得到这样的待遇，凭什么我的就不能？！大自然不会这么“偏心”呀，规律（伽利略相对性原理）不应这么拗口呀！偏得加个限制！
爱因斯坦从小就具有那种对美的疯狂追求，他可以不从实验结果出发。就是单从对美的理解开始，就可以看到伽利略相对性原理确实有点别扭。
于是，他头一甩，操出家伙，重重地改了一下，把它改得符合美的要求——“力学规律”换成“所有的物理规律”！
这就意味着，不仅力学规律不变了，电磁学的也不会改变了！
这非常吻合科学的简洁美的要求。在爱因斯坦之前，得这样说——
在所有惯性系中，力学的规律都是相同的；而电磁学的不同。（得有个后缀，而且实验还证明这是不对的。）
而现在，简单多了——
在所有惯性系中，所有的物理规律都是一样的。
你也许会嘟囔，这有什么用呢？
有用！十分有用！
它简化了物理规律，而且还有可能解决伽利略相对性原理和电磁学冲突的问题（按理说，应该是可以的，因为它已经说了电磁学的规律也可以满足这条原理，而经典物理学的症结正是在这一点上）。
你说有用，也得拿出证据来呀！
好，不要着急。现在，我们已经得到了一条新的原理，将要用它取代伽利略相对性原理。但是，能否真的解决经典物理学中的问题，还是个未知数。不过，我们将把它当作我们新理论的基础，再强调一遍，是新理论的基础，看能推出一些什么样的结论来，再运用否定后件或者肯定后件去验证。
总而言之，它出现的合理性是一有实验的支持，二是符合美的要求。它的用
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处就要看它的推论。
关于这个问题，将贯穿相对论始终，我们后面慢慢道来。
这是我们的第一条原理，倒金字塔的一点。
只要我们的出发点是正确的，未来就会有希望。
我们已经看过了第一条原理，它推广了伽利略相对性原理。不过，究竟能不能真正起作用，我们还没有定论。
现在，再让我们来咀嚼一下光速不变原理。这条原理虽然谈不上佶屈聱牙，但是要真正理解它可还是不简单的。要接受它，你得彻底抛弃以前的一些认为是“常识”的思想和看法。不过，接下来，我们将花比较大的篇幅去讨论它，并通过一些思想实验来练习一番，再加上你的聪明才智，掌握它肯定是没问题的。
记得吗？麦克斯韦曾经说过：“所有电磁波的速度都是c！”
倘若按照经典物理学的观点来理解这句话，就必须得加上一个限制条件——相对于什么参考系来说。但是，事实摆在眼前——
相对一个绝对参考系，比如说以太，是行不通的；
而相对光源也是一条死路。
那？这究竟是相对什么来说的呢？
爱因斯坦陷入了深深的沉思之中。
所有电磁波的速度都是c！所有的……它是说“所有的”……没有限制条件……没有呀……按照我们的习惯……只有在大家都清楚的情况下才不要前提条件呀……可是，我们都还不清楚呢……那……那就只剩下一种可能……就是……是……根本不用相对什么来说……对，不用……什么都不用……而是，无论在谁看来，都是c……是的，嗯，人家都没有说前提条件，为什么我们一定要加上去呢……
一定是这样……无论谁说这句话都是对的……静止的人看到那束光是
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c……运动的人看到它也还是c……这样，不就不用加条件了吗……c是相对所有参考系来说的……所有的……要是这样的话……c是绝对的……光速对于每个人来说都是c……这样对吗……
爱因斯坦猛地跳起：“我的直觉告诉我，这是对的！”
似乎有点道理。
回想一下，之前我们在走投无路的时候，就曾经怀疑过以太这条路是走不通的。而再反观麦克斯韦电磁学的预言——所有电磁波的速度都是c！确实，没有前提！
但是，为什么一定要附加前提呢？
而事实也告诉我们，加了前提也未必能够走得通！
既然没有说到前提条件，那就肯定是根本不需要前提条件的！
那没有限制条件意味着什么呢？
所有人都必须同意麦克斯韦的说法！无论是谁，在哪里测量光速，不管他是运动的还是静止的，都应得到相同的结果——c！否则的话，就得加前提了——在什么参考系里才是c！
换句话说，在静止的观测者看来，那束向他飞奔而来的光的速度是c！而对以速度v运动的观测者来说，那束向他飞奔而来的光的速度也是c！无论这个v是多大！
一言以蔽之，凡是惯性系都会看到光速是c！
为什么？？？我不相信！！！完全跟我的常识相反！！！
记住，常识不一定就是对的！古时候，天方地圆不是常识吗？曾经，地球是宇宙的中心不也是常识吗？……
没道理呀！为什么光速那么奇怪？要是把光换成一只以5米每秒飞行的小鸟，我静止时看到是5米每秒；而运动时看到就不是了呀！
为什么光就不是这样呢？
是的，光就这么特殊！或者准确地说，光速就这么特殊！光速不管在谁看来，
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都是相等的！之前，我们一直都没有意识到有这么一个特殊的速度！
可是，为什么存在这么一个特殊的速度呢？
不知道，谁也不知道！这是上帝的意旨，大自然的规律！
上帝只是说——光速必定是c！没有原因！
或许你会大叫，肯定是光速不变原理错了！事实上，我们谁也不知道它是对是错，但是，作为狭义相对论的基础，它所推导出来的结论都为实验证实，使得我们又不得不承认它的正确性！
先说到这，布置个作业，下节回来检查。
假设你是一个光子，你和你的同伴（当然也是一个光子）都从灯泡里“逃”出来，那么，在你看来，你的同伴的速度是多少？在你的同伴看来，你的速度又是多少？在站在灯泡外面的人看来，你们的速度是多少？
如果能够独立正确地完成，说明你已经可以抛弃以前的常识，接受光速不变原理了。努力哟！
诸位，上节的作业完成了吗？如果你顺利解决了，那么恭喜你，你跨过了狭义相对论的第一道坎，并且具有很好的逻辑推理能力。要是还是不太明白的话，也不要紧，我们还要继续说，一定要把这个问题搞清楚。
我们先来分析一下上节的问题。
根据光速不变原理，在所有的惯性系中，真空的光速都是一个常数c。
那么，当你是一个光子时，你算一个惯性系吧？于是，按照原理行事，你将会看到你的光子同伴以c远离你而去。依此类推，你的同伴光子也是惯性系，很明显，在它看来，你将以c向前狂奔，把它抛在后面。
嘿嘿，好象矛盾了是吧？你看到它比你快，而它看到你比它快！那究竟是谁快呢？谁看到的才是真的呢？……你们都是对的！因为我们是按照原理去做的！这正是光速之特殊性导致的一种“不可思议”的现象！在不同的参考系，我们将
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有可能看到不同的结果！
先别闷气，跟原理过不去，做完作业了再来讨论原理的问题。既然爱因斯坦已经给了我们一条“办事法则”，我们就尽管按其去做，一切后果由爱因斯坦负责。
对于灯泡外边的观测者，也可以算一个惯性系，他会看到什么现象呢？……他会发现，你们两个将会并肩前进，速度都是c！
怪事！咄咄怪事！
三个惯性系看到了三种相异的事件！
按照我们的生活经验，怎么会有这种事情呢？这就好象在110米跨栏上，刘翔看到约翰逊比他快，而约翰逊却看到刘翔比他快，结果裁判上来说，嘿嘿，不好意思，你们都是一样快！
哦！这什么来着！国际田联会成什么德性？！
呵呵！110米跨栏上当然不会出现这样的“事故”。不过，110米跨栏跟光子赛跑的最根本的区别在于，速度不一样！刘翔虽然称得上“飞人”，但怎么飞也飞到光速c！他的速度是远远落后于光速的低速！而倘若某一天，来了个刘翔2.0或其他什么版本，速度达到了光速，国际田联就真的要面对这种尴尬了。
从这里，我们可以总结一下。光速是一个特殊的速度，当物体达到光速时，就显得跟我们平时的生活经验很不同，甚至与我们的“常识”相反。这也是为什么当我们用牛顿定律去处理一些光速的问题时很头疼的原因了。
或许，你还是不太相信，而反过来认为原理是有问题的。
当然，原理是真是假，还得经过广大人民群众的检验才行。后面，我们将尝试从狭义相对论的两条原理出发，看能推出什么结论，在去验证结论是否正确，从而得到关于原理真假的结论。
不过，你得首先要用对待几何公理的态度来看待狭义相对性原理和光速不变原理。
其实，爱因斯坦的这两条原理与我们曾经学习过的几何公理是相似的。比方
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说，“过两点有且只有一条直线”就是构成几何基础的一条公理。同样地，狭义相对性原理和光速不变原理也是狭义相对论的基础。但是，刚学习几何时，相信你一定不会去深究为什么过两点有且只有一条直线。可是，你却可能对为什么“在所有的惯性系中，真空的光速都是一个常数c”感到疑惑。
因为我们对过两点作直线是耳濡目染的，都已经习以为常了。然而，之前我们很少接触到光速，根本没有体会过光速运动下的情形，而更多是在很低很低的速度下过日子。正因如此，我们才对光速的不变感到不安。设想一下，要是我们一开始就有了光速运动下的经验，就会像对待几何公理一样心安理得地对待狭义相对论了。
这是我们的幸运还是不幸呢？
总而言之，我们之所以不太“喜欢”狭义相对论，是由于我们熟悉低速的世界，并自然而然地利用低速的经验去推测高速的规律，况且先入为主，这种观念在我们的脑海中早已是根深蒂固。但是，实际上，高速的规律却并非如我们所想。所以，在面对冲突时，我们就产生了上面的那种恐慌。
但是，光速不变原理说不定就是我们世界的真实描述！所以，我们必须抛开偏见，理智地去对待这场战争，用实事求是的原则去宣告判决。
这应该是我们这些有文化的知识分子所具有的素质，不是吗？
怎样？可以接受光速不变原理多那么一点点了吗？
从现在起，不要再去对光速不变原理多加猜疑，不要对它的真假妄下结论。而要像做几何证明题那样，不去管它是否正确，而按照要求去用它就行了，至于，它能否经得起实践的检阅，后头便知。
我们就用这么一种旁观者的心态去看热闹，到了后面，我相信，你将会作出你自己的结论。
好，爱因斯坦的两条原理就唠叨到这里。再来复习一下，第一条，在惯性系
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中，所有的物理定律都取相同形式！第二条，在所有的惯性系看来，真空的光速都是一个确定的常数——c！
下面，我们就从这两条原理出发，看能够推导出怎样的结论。
不过，需要注意的是，在这个过程中，将会出现一些数学的推导式子。先跟诸位说声对不起啦，虽然我一再希望用尽量少的数学语言，但是要想真正体会到爱因斯坦这种倒金字塔式的推导过程，是离不开数学的，所以也希望各位可以谅解。
同时，也向你们保证，我将尽量写得详细些，确保你们不需要再搞来一支笔半张纸，直接就能看得清楚。你们还可以放心的是，这些运算都不过是中学的基础内容，肯定能够看明白。
嗯，相信你们一定做好准备了，走吧。
这还得从之前的伽利略相对性原理说起，话说当年伽利略相对性原理有一条变换式与之对应。那么，这条变换式是什么模样来着呢？
好，为了说明问题，我们得找个助手，呵呵，就找那只蹦蹦跳跳的爆牙兔吧！
现在，有重任交给你啦！来，抱起这个空间直角坐标系，静静站在这里，别倾斜了，放平一点，非常好。爆牙兔出场了！它也扛了个空间直角坐标系，一开始它与你是站在同一个位置，使它的坐标轴跟你的重合。那小子天生站不定，患有多动症，以致它又开始以速度u向前匀速走去。
有只小蜘蛛在你的坐标系上结了个温暖的小窝，呼噜呼噜进入了梦乡。
我们的目标是——分别读出蜘蛛小朋友在你们坐标系的坐标！
你很聪明，脱口而出：“（x，y，z），让我在看看表，是t，所以，蜘蛛的坐标是（x，y，z，t）！”
但是，那只兔子就不那么容易了。本来就笨，再加上坐标系在动，搞了大半天，终于弄了出来。“Yes！是（x’，y’，z’，t’）！我说伙计，你没有我快吧！嘿嘿，俺当年可是全班第一呀！”爆牙兔不张口，你也会以为它在说话，那两只大门牙总是露在外面。
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接下来，你和兔子吵了一整天，差点还揍了它一顿，终于，你胁迫它同意了你的坐标跟它的坐标之间的关系：
x’=x-ut
或者 x=x’+ut’
因为在t时间里面，兔子走了ut距离，也就是离开你ut远了，而本来你们是重合的，所以你们的坐标原点应该相差了ut那么大。因此，就可以得到上面的式子了！
y’=y或者y=y’
z’=z或者z=z’
因为，你们的坐标系在y轴和z轴的读数是相同的，不是吗？
t’=t或者t=t’
因为牛顿说了时间是绝对的，在宇宙的任何一个地方，时间都是一样的！伽利略相对性原理正是牛顿的强大武器，所以这样做也是无庸置疑的！
“那么，俺来总结一下……”兔子还是一脸不解。
x’=x-ut
y’=y
z’=z
t’=t
或者
x=x’+ut’
y=y’
z=z’
t=t’
上面四个式子跟下面的四个式子其实是一样的，只不过带撇的字母写在不同一边而已。
这四个式子就是大名鼎鼎的伽利略变换式！
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其实，也不过如此嘛，你都能推出来，是吧？
还告诉你这么一个事实，至于具体的数学表达就不说了。当你把牛顿的定律放进伽利略变换式里，变换所得到的方程的形式跟没有变换之前是相同的！
不过，我们已经知道了，伽利略相对性原理事实上是不够完美的，下面，我们就从新的假设出发，用爱因斯坦的两个原理，看能够发现什么。
好，我们继续前行。
在进行推导之前，我们先来想一个问题。伽利略变换式对应的是伽利略相对性原理，而现在，我们业已将其推广到了狭义相对性原理。不过，需要注意的是，伽利略相对性原理在一定范围内还是正确的，至少在牛顿力学里，依旧是有效的。这绝对不是偶然的，一定有一些什么玄机在其中。
在低速这个我们熟悉的世界里，伽利略相对性原理可谓君临天下，无所不能呀！所以，我们将它推广了之后，至少它的这个优点不能丢掉吧，otherwise，就没有推广的必要了。因此，我们可以预见，倘若我们的推广是正确的话，新的变换式应该在某种程度上可以“退化”或“近似”成为伽利略变换式！
这一点将成为我们检验将要推出的变换式的第一个条件。
我们还可以知道，时空是均匀的，那么两个惯性系之间的时空变换式也应该是线性的。（这个，有点抽象是吧？我们就先模糊地理解吧！）
基于上面的两个讨论，爆牙兔把伽利略变换式x’=x-ut和x=x’+ut’改写成
x’=γ(x-ut)
和x=γ(x’+ut’)
“这样做的原因有，首先得符合线性的要求嘛！所以直接乘上一个γ。而这个γ呢，应该和x、t或者x’、t’都没有关系，不随它们的变化而变化。这样的话，就能在某种程度上回到伽利略变换式，比方说，当γ近似等于1是时，就
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大功告成啦！嘿嘿！”爆牙兔眼中无人了。
“好，伙计，当我的坐标系跟你的坐标系重合之时，假设从原点发出了一束沿x轴正方向传播的光线。哎呀，你不要管哪里来的嘛！反正有就是了！”兔子哼哼道。
“ 接下来注意啦！”
“那么，根据光速不变原理，在说一次——光速不变原理！很明显，你将会测得这束光的速度为c，所以，你得到在t时间里光走过的距离为
x=ct。”
“同样根据光速不变原理，虽然我在你看来以u在走猫步，但是，我看到这束光的速度也是c！因为这是光速不变原理说的！在任意惯性系中测得的光速都是c！又根据狭义相对性原理，我们的方程，包括电磁方面的规律，形式都应该是一样的。所以，我认为，在t’时间里面，光走过的距离应该是
x’=ct’。”
接下来，我们分工合作好吗？各自把光走过的距离的式子代进上面兔哥假设的新的式子中去。
兔子得到的是
ct’=γ(ct-ut)
你得到的是
ct=γ(ct’+ut’)
呵呵，这很简单吧？我们再把右边括号里面的同样的t或t’提到括号外面来，这样看起来舒服些，也就是
ct’=γt(c-u)
ct=γt’(c+u)
嘿嘿，之后把上面两个式子左边乘左边，右边乘右边，呵呵
cctt’=γγtt’(c-u)(c+u)
发现了没有？那个tt’两边都有哟，行，把他们都“干”掉
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cc=γγ(c-u)(c+u)
还记得(c-u)(c+u)=c2-u2这条公式吗？初中的内容喔，来再用一下，可以变得更简洁一些
c2=γ2(c2-u2)
好，把(c2-u2)移到左边去，我们的目的是求是γ究竟等于多少，那么新的变换式就有着落了。
c2/(c2-u2)= γ2
接下来，再玩个游戏，把左边式子的分子、分母都同时除以一个c2
呵呵，等于多少呢？
1/（1- u2/ c2）=γ2
为了求得γ，我们还必须得两边开方哟，于是
γ=1/√（1- u2/ c2）
“哇噻！完全符合俺兔子的预想！γ跟x、t或者x’、t’都没有关系！啊！伟大的兔子！他继承了兔子的光荣的传统！他是一个兔子在战斗！……它只跟u有关系呀！而且，看见了没有？当u很小时，而c却是很大的哟，等于30万呀，那分母就近似等于1，而γ就回到1了！就回到伽利略变换式啦！”兔子疯狂了。
看来，我们得到的结果具有较好的初步效果哟！
来，我们先把γ代入所设的式子中，得到最后结果。
“我来！我来！
x= (x’+ut’) /√（1- u2/ c2）
和x’=(x-ut) /√（1- u2/ c2）
是吧？”兔子抢先道。
“哎，要不是昨晚请教了爱因斯坦大叔，还背了一个晚上……现在，哪能那么威风呢！其实，上面的东西，俺一点也……”兔子拍拍胸脯。
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好，兔子已经给我们算出了你和它的x坐标之间的转化关系式了。那就是
x’+ut’
x = －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
和
x-ut
x’ = －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
但是，为了能够真正找出四个坐标的关系，革命还未成功，同志还需努力呀！
我们先来看一下y和z坐标。
注意，兔子是沿着x轴的正方向移动的，可以很容易发现，你和它的y和z坐标都应该是一样的，而只有x坐标存在不同。因此，有这样的关系
y＝y’或y’=y
z=z’或z’=z
那就只剩下时间t了喔。我们已经知道，在伽利略变换式中，你们两个的时间是没有区别的，是一样的，这样的依据就是牛顿的绝对时空观。但是，牛顿究竟对不对呢？这里是应该打个问号的！
思考一下，前面有两个重要的式子——x=ct和x’=ct’！
运用我们的数学知识，既然已经知道了x，而c又是常数，那相当于只剩下一个未知数t，一元一次方程，特简单！
把x、x’代进去，之后把t和t’求出来。
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x’+ut’
－－－－－－－＝ct （１）
------------
√（1- u2/ c2）
x-ut
－－－－－－－＝ct’ （２）
------------
√（1- u2/ c2）
对于第一个式子，由于x’=ct’，或者t’＝x’／c，将这两个关系 代入（１）式中，可以得到
ct’+ux’/c
－－－－－－－ ＝ct
------------
√（1- u2/ c2）
还可以简单一些，两边都除以c，
t’+ux’/c2
－－－－－－－ ＝t
------------
√（1- u2/ c2）
这样就可以得到用兔子的坐标来表示的你的t的式子了。
同样的道理，照搬这种方法步骤，可以得到用你的坐标来表示的兔子 的t’的式子，那就是（可以使用一下类比的方法）
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t-ux/c2
－－－－－－－ ＝t’
------------
√（1- u2/ c2）
最后，我们将四个坐标都综合起来，看看
x’+ut’
x = －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
y=y’
z=z’
t’+ux’/c2
t＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
和
x-ut
x’ = －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
y’=y
z’=z
t-ux/c2
t’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2） 99
其实，这两组式子也是等价的，只不过带撇的字母写在不同一边而已。
只要用这两组式子的任意一组，你或者兔子就可以轻松地从自己的坐标出发，得到对方的结果啦！
这，就是蜚声四海的洛伦兹变换式！
呵呵，希望你们没有被上面的数学推倒吓倒。
如果你一直看了过来，而且明白了，清楚了，那么祝贺你，你度过了一道难关，你拥有很好的耐性和数学逻辑能力！要是你没有看进去的话，还是不要紧，只要你能够明白这么一个从公理出发的思路，我的目的也就达到了。
这个思路就是：
从狭义相对性原理，我们可以知道所有的物理规律，包括电磁学的，在惯性系都取相同形式，再加上光速不变原理，任何惯性系的观测者测得的光速都是c！这样我们就可以假设一个在两个惯性系来测量光走过距离的情景，主角正好就是你和兔子。因为你们用的规律是一样的，光速又是一样的，这样我们就能够求得你们两个的坐标之间的关系了。而求得关系的过程就是上面的数学推导。
怎样，可以体会到两条原理的基础作用了吗？
至于所得到的洛伦兹变换式，希望你们可以记住，或者最低限度，可以认得它们，当下次见到它时能够有“似曾相识”的感觉。
最后，有一个好消息，在接下来的文章中，将不会再出现如此繁琐、乏味的数学推导了！但是，个别的式子还是难以避免，望诸位有所准备。
回忆一下，我们本来的目的是推广伽利略相对性原理。
现在，我们得到的式子跟伽利略变换式确实是不大相同了。而区别主要在于x和t的式子上。x的表达式多了一个根式分母，这就表明，你和兔子的坐标之间的关系比我们之前所认为的复杂了许多，特别是在高速时就更加明显。而t的表达式更是具有天壤之别，不再是我们曾经信奉的那个绝对时间——在宇宙的
100
任一个地方都是同一个时间！反而是不同惯性系可能就具有各异的时间！
如果再站在经典物理学的立场来看洛伦兹变换式的话，肯定是无法接受的！因为两者的基本出发点都背道而驰了。
其实，这个式子之所以叫做洛伦兹变换式，背后是大有文章的。
早在爱因斯坦之前，洛伦兹就得到了这个式子。（诸位应该不会忘记他和庞加莱差点就捡到了相对论这块蛋糕）
不过，洛伦兹的出发点跟爱因斯坦很不相同。他发现，当把麦克斯韦的方程代入伽利略变换式去变换时，结果得到的式子跟之前的不一样了。换句话说，伽利略变换式不能使得麦克斯韦的方程形式不变！电磁学规律会因为惯性系的不同而不同！
但是洛伦兹从存在绝对静止以太的观念出发，发现了这样一个式子，它能够使得把麦克斯韦的方程代入后形式不发生变化！这就是洛伦兹变换式！但是，洛伦兹得到这个式子更多是凭借数学手段，并不蕴涵爱因斯坦的思想。
然而，让我们感到可笑的是，现在，当我们从爱因斯坦的基础出发，竟然又一次得到了它！
不过，显而易见，它们的外貌虽然没有两样，实质却大大不同了。洛伦兹还停留在绝对时空观，而现在我们已经开始跳出了这一个藩篱。
最后，历史给予了对洛伦兹这一发现的肯定，这组式子被唤做“洛伦兹变换式”。
（说点题外话，不过，这样的讨论可以提高我们对科学的认识和判断。）
从这里我们可以看到这样一个事实——数学走在了物理学的前面。
洛伦兹用数学手段得到了洛伦兹变换式，却不能够诠释它的物理意义。数学提前登上了物理学的舞台。其实，这样的例子是非常多的。
早在爱因斯坦广义相对论来到世上之前，它的数学工具——黎曼几何就呱呱坠地，长大成人；非欧几何的诞生也是在人们对空间认识的变革之前；超弦理论的一些结论就是借助数学上的某些已有公式……
101
所以说，这种现象是司空见惯的，特别是在物理学高度发展的今天。
出现这种有趣的事情，其实也是可以找到一点原因的。数学追求的更多是逻辑和抽象，它可以不去管它的结论是否符合客观世界。只需逻辑上不出现错误，在数学看来就是正确的。而物理学却必须使得自己的预言、结论和现实相符，否则就被淘汰！从这种角度来说，数学研究的东西可以更多，更加不受限制，它可以在更宽的空间里驰骋飞扬，而可能其中只有一种是真正与实际世界相同。
这种更宽松的环境，使得数学可以更快的发展，因为，它不需要时间去考虑所得究竟符不符合实际。而要知道一个理论是否与实际相符，却是需要相当长的时间的，可能必须等到人类发展到某个阶段，可以做这样的实验，才能真正作出判断。物理学这样就有可能落后了数学很多。
看来，做一个物理学家，还真得向数学家学习，向数学家取经呢！
现在，我们的手头上已经有了洛伦兹变换式。
其实，在物理学中，每一条数学式子都是大有玄机的。它不仅仅是一条式子，它还蕴涵有很深的物理意义。
我们看到任意一条物理公式，都应该打破沙锅，深究一下它的意义所在，这样你就会发现很多有趣的事情。（这种方法在研究物理时也是相当有用的，例如前面我们提过的量子力学中普郎克的例子，他就是先有公式，再找到能量子的意义！）
那下面我们就话一点时间来琢磨琢磨洛伦兹变换式背后的秘密。
说到底，洛伦兹变换式代表的就是一个物理事件对不同惯性系之间的变换关系。你也会发现，这样一来，我们描述任何一件事情时，都需要用到表示空间和时间的四个坐标了，而不能再像以前那样，可以可以将时间孤立出来，因为我们曾经认为时间是绝对的，对任何地方都是一样的！时间和空间混合在一起了！看看最后的那个t的式子，在不同的地方，时间也将可能不一样！时间应该是相对
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的！时间只有明确了参考系才会有明确的意义！
这代表了一种新的时空观。
再来看一下，洛伦兹变换式里面有一个速度u，倘若这个u大于了光速c，会出现什么情况呢？没错，那个根号里面就会得到负数，整个根号就成虚数了，这确实是令我们难以接受的！所以，实际上，洛伦兹变换式已经限制了物体的运动速度不能超过光速，光速是一切事物的速度的上限！
这又一次昭示了光速的特殊性。
这正是物理公式给我们揭示的！
值得一提的是，在伽利略变换式中，认为t＝t’，说到本质上，就是承认了无限大信号传播速度的存在，只有从这里能够将信息无限快地传播到宇宙的那一边，我们才可以认为时间是绝对的！当我们相距很远时，要想让我们一致认为我们的时间都是一样的，就得有一束无限大信号将我们联系起来，从而取得结论。
然而现在，洛伦兹变换式却与这相悖，反倒认为物体有一个上限的速度。
这也是新旧理论的一点差异。
而且，前面我们也发现了，当u很小时，u2/ c2趋于０，那样的话，洛伦兹变换式就近似回到了伽利略变换式。
这样一瞧，我们就可以想到，噢，原来伽利略变换式只不过是洛伦兹变换式的一级近似而已，它是低速时洛伦兹变换式的近似表达式。而洛伦兹变换式就应该是囊括大范围的、普适的理论式子！
要是放大一点，可以这样说，牛顿力学是狭义相对论的一级近似，是低速运动的近似理论，而狭义相对论应该是囊括大运动范围、普适的理论。
从这里也就可以看出，伽利略变换式所代表的绝对时空观，是在低速条件下近似的、粗糙的、建立在直观感觉经验基础上的理论。
而洛伦兹变换式所代表的相对时空观，才是包括了高速情况、严格精密的、建立在大量科学实验基础上的理论！
上面这些都是我们看洛伦兹变换式时应该可以想到的物理意义。
103
深刻地去分析一件很小的东西，可以让我们发现一个埋藏在背后的大世界。
正所谓“一叶落而知天下秋”呀。
这对于我们看待生活问题也是有很大帮助的。
好，接下来，我们将去看看，从洛伦兹变换式出发，我们可以推出一些什么惊世骇俗、让我们目瞠舌结的结果。
做好准备哟，我们将得又一次抛开我们所谓的“常识”。
在下面的旅途中，你将迎来一系列光怪陆离、异于常识的现象和结论，在那里，我们将深刻地感受到狭义相对论带来的震撼和疑惑。
每一次对常识的怀疑，都刺痛我们的心灵；
每一次对常识的屏弃，都坚定我们的信心。
在痛苦中奋起；
于伤痛中前行。
来吧，为了前进，我们必须付出代价！
ＯＫ，我们先来看看著名的同时性的问题。
看一个通俗版本的吧。
在这里，我们就沿用爱因斯坦为了说明这个问题的经典思想实验（读者可以参考《狭义和广义相对论浅说》）。
在日常生活中，我们经常能够听到这样的说法——与此同时，在哪里哪里又发生了另外一件什么事情。
我们不曾对这样的说法感到困惑，或者认为它有什么问题。显而易见呀，大家都这么说，两件事同时发生，这有什么问题呢？！
可是，别忘了，之前在新的时空观里面，时间不再是绝对的了，它必须得相对一个地方而言，那么再来思考这个同时性的问题时，我们是否可以得到一点启
104
发呢？同时性涉及的也是时间呀。我们已经知道我们之前的时空观是有问题的，那么我们也应该用新的观念来看待这个同时性这个问题，不是吗？
事实上，只要我们稍微细心一点来分析同时性这种说法，很容易就发现其实它并非是那么“显而易见”的。
假设在铁路边，有两个路基，就叫做路基Ａ和路基Ｂ吧。在Ａ和Ｂ的中点Ｍ处有一个观测者，比方说就是你。接着，按照既定编剧，一辆火车以速度v经过铁路。
就是那么的巧合！这时，你看到雷电同时击中了Ａ和Ｂ，问一个问题，火车上的观测者（比如说爆牙兔）看到这两件事（雷电击中Ａ和雷电击中Ｂ）是不是同时的呢？
这样问的实质就是在不同惯性系看来，同时性是否具有绝对意义。
好，我们来小心翼翼地分析这个问题。
假设在你看来，雷电击中路基的时候，爆牙兔在火车的位置跟你重合，之后，这两件事的光线从路基出发，以速度c传播开来，由于你处于中点，所以你会看到光同时到达你这里，因此也就认为它们是同时发生的。
但是，对于兔子来说，根据光速不变原理，它也会看到光的速度是c，然而由于火车在运动，在光传播的这段时间里面，火车已经向前移动了一段距离。所以，在兔子看来，两处的光线在到达它那里时，所走过的距离是不一样的，但是，它们的速度却是一样的，都是c，这样一来，它就会得出结论——两束光不同时到达，两件事不同时发生！
这么一看，好象同时性就不具有绝对性了，它也得相对于某一个参考系来说方有意义。
这就是通俗版本，为了培养我们的用数学来说明物理问题的能力，我们再来看一个数学式子版本的，不要着急，非常简单！
还记得洛伦兹变换式吗？一大堆又乱糟糟的、有四个式子的那个！最后那个时间的式子是这样的：
105
t-ux/c2
t’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
我们假设在你看来路基A和路基B的时间、空间坐标分别为t1、x1和t2、x2，那么爆牙兔看到的是t1’、 x1’和t2’ 、x2’。
好，来做一下运算。
t1-u x1/c2
t１’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
t2-u x2／c2
t２’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
这就是直接运用洛伦兹变换式。
你看到两件事同时发生，意味着它们的时间间隔为0。也就是
t1- t2=0
而爆牙兔看到的时间间隔为
（t1- t2）-v（x1- x2）/ c2
t1’- t2’＝－－－－－－－－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
由于t1- t2=0，但是（x1- x2）不等于0，所以，t1’- t2’也不等于0，
106
这就意味着在兔子看来，你看到是同时发生的事情不是同时发生的！
从这里可以看出，同时不应该是绝对的，而应该是相对的！
之前，我们认为同时性是绝对的，依据其实是这样的：如果c是无穷大，那么很明显，v（x1- x2）/ c2就为0了！
所以，那也是以存在无限大速度为前提的，但是，由于洛伦兹变换式已经限制了最大速度是c！所以，这又导致了我们新的理论跟旧的常识矛盾了！
要是v远远小于c，同时性就可以近似认为是绝对的，但是，也只能是“近似”！
同时性在相对论中是一个重要而有趣的论题，以后，当你再听到诸如“与此同时”此类，而又没有说明具体参考系的话语，你就要三思了，注意这句话其实是有问题的！
我们已经知道，在新的原理的基础上，在新的时空观框架内，同时性应该是相对的了。
这一切都源自于传播信号的速度是有限的，光速是不变的！
倘若可以找到一个无限大的传播速度，那么同时性就是绝对的了！
但是，洛伦兹变换式不允许我们这样做！
这是我们遇到的又一个乍看有悖常识却又情理之中的怪事！
类似的事情还有很多，我们继续往下走。
我们平时谈论时间，很多都是在说时间间隔。比如说，你多少岁啦？这个“多少岁”就是指一段时间。所以说，时间间隔在日常生活中扮演了很重要的角色。
而且，按照我们一贯的思维，或者说常识，时间间隔应该是绝对的，是吧？
哦，你七岁。这个“七岁”，不论在谁看来，都应该是七年那么长。而不会说，噢，你自己看到是七岁，我就不一样了，我看到你是四岁而已呀！
要是这样说，你八成被人家认为是有问题的。
107
即便如此，我们还是要来细细琢磨一下，在新的时空观里面，这样的说法究竟有没有问题。因为，前面的坎途，已经使得我们感觉到一切常识都是那么的不可信，我们那颗对权威顶礼膜拜的心早已被刺痛了无数次。
主角还是你和爆牙兔。
假设你戴着一只手表，坐在坐标x处，看到一个小朋友出生在时间t1，上小学时是t2。
而正在以速度u蹦蹦跳跳的兔子，却在t1’时看到他来到人间，背着书包去小学是在t2’。
很明显，你得到小朋友接受文化教育的年龄是Δt= t2-t1。
兔子的则应该是Δt’= t2’-t1’。
那么，只要比较这两个年龄相等或者不相等，就能得到了我们的结论。这很简单吧。
别怕，我们有洛伦兹变换式，我们可以很快找到你的时间和兔子的时间之间的关系。
还记得洛伦兹变换式最后那条有关时间的式子吗？呵呵，我们来运用一下，也只不过是简单照搬而已。你是这样算的：
用我的坐标去得到兔子的坐标，
t1-u x/c2
t１’＝－－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
t2-u x／c2
t２’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
108
那么，显而易见，兔子得到的年龄应该是
( t1-u x/c2) －( t2-u x/c2)
Δt’＝－－－－－－－－－－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
（t1－t2）
＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
Δt
＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
看到了没有？兔子所得到的年龄，跟你得到的好象不是简单的相等关系呀！
多了那么一个根式分母！又是那个根式！一有它出现，我就有不祥的预感！看来这次又是凶多吉少！
我们来冷静地分析一下，如果说这个u很小，也就是兔子跑得没有那么厉害的话，分母就近似等于１了，这还不太难办，你们得到的年龄还几乎是相等的！可是，要是它看见萝卜或者兔ＭＭ，跑得太快的话，那就……
这么看来，当u比较大的时候，这个分母就会明显地小于1了，而分母小于1，意味着Δt’比Δt大！
可是，这个“大”究竟是什么意思呢？
我们先弄清楚Δt’和Δt指的是什么。
Δt是我自己得到的小朋友接受文化教育的年龄；而Δt’则是我计算得的
109
兔子看到他从呱呱坠地到上学的所用的时间。注意啦，这个Δt’并不是兔子自己得到的年龄，它并没有告诉我它所测得的年龄，而只是我根据我得到的时间坐标t1、t2和洛伦兹变换式算得了Δt’！
所以，这个Δt’的准确意义应该是：从我看到兔子记下小朋友出生到见到它写下小朋友上学这一个过程，我用我的手表计量出的这一个过程所经过的时间。
不妨假设Δt等于七年，Δt’等于八年吧。
也就是说，我看到我的手表已经走过八年的风雨了，方才看到那只蹦蹦跳跳的兔子在日记上写下：今天，小朋友背上书包去学校了。而此时，在我看来，小朋友已经上二年纪了。
这也即是说，我看到：我这里过了八年，以u运动的兔子那边才过了七年（小朋友才刚上学）而已。
因此，这个“大”应该是说兔子的时间过得比我的慢！
还是不容易明白！
我们将小朋友的两个事件——出生和上学换成钟表的“滴答滴答”。
方程的意思便是说，我看到我的钟表“滴答”了两下，对应的时间是Δt，就当作是1秒吧。而我再转观兔子，它的手表要像我的手表那样“滴答”两下，就得经过我的Δt’时间，而Δt’比Δt大，意味着兔子的一秒相当于我的更多——可能是两秒或者三秒（反正多于一秒）——也就是Δt’时间。
当然，这些都是我所看到的。
于是，在我看来，兔子的钟走得比我的慢！它的“滴答”两下（用了Δt时间），我的已经“滴答”了好几下（用了Δt’时间）！
而我们的钟表都是同一个品牌，相同质量的，不存在差别，因为，我们上面的方程并没有关于这些差别的量，它们都应该是一样的！
这就奇怪了！
在我看来——
110
兔子那里过了七年，我这里已经过了八年！
兔子那里过了一秒，我这里已经过了好几秒！
这么说，兔子就应该比我慢了！不管是它写日记的速度，还是它的手表走动的速度。
事实上，在观察小朋友成长的过程中，兔子也在吃萝卜、睡觉……生理上也在变化，而这一切在我看来，都应该要比我的慢！
因为，我过了八年，它才过了七年，而它的每一秒钟都比我的慢，所以这种“慢”应该是均匀的，它的一切生理活动都比我的慢了半拍！
这就有点像电影中的慢镜了，每一个动作看起来都比平时的慢。只见兔子慢慢蹦了起来，有缓缓地跳下去，好不滑稽！
所以，你可以得出这样的结论——
相对于我运动的惯性系的时间将流逝地比我慢！
又是怪事！
按照我们以前的常识，两个惯性系的时间应该流逝得一样快呀！从来没有听说过跑得快的刘翔就比我的时间过得慢，是吧？
其实，这是停留在经典时空观框架里面的认识，由于在牛顿看来，存在一个无限大的速度，它可以将宇宙的任意两个地方瞬时联系起来，就可以使得两处的时间可以绝对同时起来。
但是，在新的时空观里面，洛伦兹变换式限制我们最大速度是c，没有比这更大的速度了！我们的时间变换式也发生了变化，时间也得是相对的了，它和空间分不开，各处的时间可能不一样！
之后，我们发现在这种条件之下，同时性也成相对的了。
而现在，时间间隔也不再是绝对的了，它也得相对空间来说。
在你看来，同样一个时间间隔——从出生到上学的七年，你的是七年，而于你看来，兔子的却是八年！
换个角度思考问题，在兔子看来，应该是你相对于它在以u的速度运动，所
111
以，它也会像你那样，进行上面的思考，最后，它也会得出这样的结论——你的时间过得比它的慢！你将像被拍成电影那样，慢得可爱又可笑！
兔子也会说——
相对于它运动的惯性系的时间将流逝地比它慢！
所以，这是相对来说的，在你看来是它的慢，而在它看来是你的慢！
最后，可以总结，时间间隔也应该是相对的！对于不同地点的观测者，所得到的意见可能不一样！
到底是谁的慢？就得看是相对哪一个参照系而言！而所有的惯性系都会同意——
对本惯性系作相对运动的惯性系的时间将流逝得较慢！
时间都是相对的，真实名副其实的“相对”论！
这又是狭义相对论的一个跟我们常识相反的结论。不要着急，我也跟你一样的难以接受，不过，接下来，我们将进行不少的逻辑思考和讨论，相信在那之后，你应该可以渐渐接受了。记住，这是我们从洛伦兹变换式中直接推理得到的！
注意到了没有？“在你看来是它的慢，而在它看来是你的慢！”，我就犯难了，究竟是谁的慢呢？真相究竟是怎样的？你的慢？兔子的慢？要是真的把两家拉下来进行比较，我应该得到是谁比较慢呢？
问得好，这将产生一个著名的论题——双生子悖论。它成为了相对论中饶有趣味的逻辑思考题，也成为了那些刁难相对论人们的有力武器。
我们就来看看……
在所有的惯性系中，不管是你，还是兔子，我们都可以得到这样的结论：
相对于本惯性系运动的惯性系的时间将变慢。
这就是著名的狭义相对论中的时间膨胀效应，或者叫时间延长效应。
它的计算式子就是
112
Δt
Δt’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
其中，Δt是本惯性系的时间，而Δt’则是在本系看来以u运动的惯性系的时间。
这样的话，在你看来，兔子在运动，所以你看到它的时间过得比你慢；而相对地，在兔子看来，却是你在运动，它静止，于是它认为应该是你的时间慢一些。
那真相究竟是怎样的呢？
“我们只需要下来比一比，不就知道啦！”兔子嚷道。
没错，只要将两个惯性系的人一比较，看谁比较年轻，就可以得出结论了。但是，兔子跳得并不快，所以，这种效应就算有，也应该是不明显的！
因此，我们得设计一个容易比较的情景。
假设，未来的某一天，with the development of our science and technology（随着科技的发展），我们已经制造出来了能够以接近光速运动的宇宙飞船。有那么一对双胞胎兄弟，大一点的叫小明，小一点的唤做小军。
小明和小军非常热爱科学，尤其是相对论，他们学习了时间膨胀效应之后，决定亲自来做一个实验，看看究竟是不是真的。
于是，他们经过商量，小军决定留在地球上，而小明乘上宇宙飞船，以接近光速的速度，即u很接近于c，到遥远的宇宙空间去逛一圈，然后回到地球上。
之后他们兴致勃勃地进行了实验。
按照他们的预测，由于哥哥以高速在运动，根据时间膨胀效应，当若干年后他回来时，应该比留在家里的弟弟年轻一些。
在小军看来，哥哥在高速运动，所以他的时间过得慢一些。而小明上了飞船之后，才突然想起，在自己看来，应该是弟弟在高速运动呀！那么如此说来，又
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应该是弟弟的时间更慢才对呀！
糟了！这该怎么办呢？等哥哥回来的那天，会出现什么样的状况呢？是哥哥更加年轻？还是弟弟更加年轻？
将会出现什么样哭笑不得的情景呢？
很多人仰天长笑，站在弟弟的立场来说，是哥哥更年轻；而站在哥哥的角度上看，却应该是弟弟的时间过得更慢。这是按照相对论来理解的，而我敢保证，小明回家的那天，绝对不会出现哥哥又老又少这种互相矛盾的结果，你还以为这是“老少二象性”吗？！所以，相对论是不对的！
这就是扬名的双生子徉谬。
此招一出，实乃不凡。
乍一看起来，确实非常有道理。
现实中肯定不会出现这种矛盾结局。但这又似乎是从相对论的结论中推出来的呀！
完了，什么都完了！
还是像八戒那样，见好就收吧，师傅都被妖精抓去了，干脆卖了马，分了钱，大家吃顿饭，散了便罢。现在我们都走到死胡同了，还逞什么强呢！相对论不对呀，还是别往下走了。
呵呵，先别慌张，说不定是只纸老虎呢！
不经风雨，怎见彩虹呢？
我们静下心来，好好分析一下。
小明要坐上飞船，然后出去兜一圈，再回来。这得经过一个什么样的过程呢？
……得先从静止开始加速，达到既定速度之后，才能进行匀速直线的航行；然后要想回来，就得转身呀，得掉头，所以就必须先减速，之后转个头，再从静止开始加速，然后匀速回来，最后减速，降落在地球上！
看来过程还是挺复杂的！
问题就出在这里！不错，就在这里！你嗅到了没有？
114
先加速，匀速，再减速，之后又是加速，匀速，后减速！
想想，可以发现什么？
既然是加速和减速，也就是存在加速度啦！慢着，这就意味着它不再是匀速或者静止了，也就是说，它不是惯性系！这些变速的过程是非惯性系！
再回头看看我们的狭义相对论基础——狭义相对性原理，它只是说：
物理定律在任何惯性系中都是相同的！
注意了，它说的是惯性系！
既然基础都只规定狭义相对论是从惯性系出发的，那么它就应该是一个只适用于惯性系的理论！而在非惯性系面前，它应该是无能为力的！
事实上，症结正是在这里！
狭义相对论虽然是对牛顿理论的一种完善、推广，但是，它也仅仅是能够处理惯性系中的问题，因此，在狭义相对论之后，依旧存在着这样两个问题：
一是怎样去处理非惯性系的问题；二是如何解决牛顿力学中的引力问题，毕竟牛顿的理论是建立在绝对时空观的基础上的，在新的时空观框架下，有必要进一步修正。
所以，爱因斯坦再接再厉，十年磨一剑，最后发现了广义相对论，从而解决了这些遗留问题。
好，我们已经看出了破绽，双生子佯谬涉及到了非惯性系的问题，而狭义相对论却只能在惯性系的世界驰骋，所以，这一招尚未能破狭义相对论之金身。
在这里，我冒昧几句。笔者看过一些尝试在狭义相对论范围内解决双生子佯谬的数学推导解释，依我看来，这些计算非常烦琐，而且细细咀嚼起来，总是存在着一些不太令人满意的地方，而我也不能找到更好的方法，所以在这里我就免去了。
事实上，只要放到广义相对论的框架之下，这个佯谬是相当容易解释清楚的。 115
其实，双生子佯谬的实质应该是，由于立场的不同和相对性，导致了两个观测者得到两种不同的结论，而到底哪一种结论才是真的。
要想彻彻底底地解决这个佯谬，就必须得用到广义相对论。这就涉及到世界线，还有积分，这里实在不敢多说。诸位只要明白这样一个问题就可以了：
在相对论范围下，双生子佯谬是很容易解决的。由于双生子佯谬涉及到非惯性系的问题，因而不能仅仅利用只能处理惯性系的狭义相对论来彻底解决。
这也便是说，双生子佯谬并不能成为质疑相对论的理由，相反它是可以用相对论得到解释的。
而实际的计算结果，表明确实是小明的时间过得慢一些。也就是说，当小明出去逛一圈回来之后，他可能会发现，他的弟弟小军已经比他老了许多，说不定是拄着杖子在迎接他呢。
所以，小明在飞船上是可以不必惊慌而放心去进行他们的实验的，当他回来之时，说不定会像电影《第三类接触》那样说了这么一句“爱因斯坦说对了！”
好了，双生子佯谬就说到这里。
时间膨胀确实是很玄，究竟是不是真的存在呢？有没有实验可以证明呢？要是实验证明它是不存在的，好，否定后件，“咔嚓”一声就可以干掉狭义相对论！
看来，狭义相对论走到了关键的一步！
听天由命吧！
是对是错，是福是祸，即将揭晓。
虽然我们的科技已经非常发达，但是，我们还是无法制造出能以接近光速运动的交通工具或者是宇宙飞船，这就使得我们不可能直接去做验证时间膨胀的实验。但是，前面在思考测以太风的实验时，我们就有过这样的经验，上帝你有政策，我自然就有对策。当这条路走不通的时候，我们就换个角度，自然会豁然开朗。
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每时每刻，都有无数的微观粒子从太空中向着我们射过来。我们就叫它宇宙线。这些粒子的速度可是相当大的，甚至接近光速。这就为我们提供了一个很好的实验方案。
大部分粒子都是有一定寿命的。当活得差不多的时候，它就会死亡——衰变。衰变就是一个粒子分成了几个其他的粒子。比方说，我们熟悉的中子，它的寿命就有886.7（误差±1.9）秒，它到了晚年，就会衰变成为一个质子和一个电子，还有一个中微子。这个年龄在粒子家族中算不了长，但也名列前茅了。电子可是长生不老的，它是稳定的，不会衰变。而质子也不赖，它也能够活那么1032（1的后面32个0）年。而对于那些K介子，或者是超子什么的，就短命多了，一般都是-10次方数量级的，比如说，∧粒子的寿命就只有2.632×10-10秒！名副其实的“短命鬼”，都还没来得及看一眼，就die掉了。
如果我们知道一个粒子在与我们相对静止时的寿命，再比较一下它以接近光速的速度向我们“飞”来时的年龄，看是不是真的增大了，就可以得出结论了，不是吗？
而我们的实验对象就是——（下面将由兔子来介绍，它昨晚已经跟编导吵了一整夜了，要求多点露面。）
“μ子！μ大哥！”兔子跳了出来，“μ子有个’子’字，俺也有个’子’字，肯定是兄弟来的！”
“μ大哥的来头可不小哦！话说当年日本一个叫汤川秀树的物理学家，1935年他预言了一个新的粒子，叫π子。结果在1937年，安德森和纳德梅逸等人在宇宙线的研究中真的发现了一个质量大约为电子哥哥的207倍的新粒子。当时呀，所以人都以为这就是那个π子。大家争论不休，不过，后来人们发现这个并非是预言中的π子！于是把它叫成μ子，这就是μ大哥的光荣历史啦！补充一句，π子一直到1947年才由鲍威尔等人发现。”
“μ大哥的质量相当于电子小朋友的207倍！它也可以带上一个正电荷或者一个负电荷！可以说，在外表方面，除了重量不一样之外，μ兄跟电子几乎没有
117
区别！不过，相比于电兄的长生不老，它就短命了一点。不过，这也符合我们的’兔无完兔，金无赤足’的道理，你质量拽了一点，自然得给点别的代价是吧？”
“μ兄只有短短的2.19703（4）×10-6秒寿命，比俺短得多了！圆寂之后，98.6%都会化成一个电子和两个不同的中微子，而剩下的1.4%将比上面再多一个γ子！”
呵呵，多亏了兔子生动的介绍。现在，我们已经知道了，μ子的平均寿命是2.19703（4）×10-6秒。
在一组高能物理实验中，μ子的速度达到了0.9966c，也就是0.9966倍光速，那可是相当大呀！这意味着那个根号分母等于0.08239……，这样Δt一除以这个小于1的数，得到的结果可是挺大的哟！
别急。看看实验怎么样了。
当μ子以0.9966c的速度“飞翔”时，它走过了8000米，8公里！
“不是吧？老兄！跟我的结果差了很多喔！你是不是弄错了？”牛顿不解道。
“你看，我算给看呀！平均寿命是2.19703（4）×10-6秒，就当2.2×10-6秒吧。用这个乘以光速3×108米每秒，2.2×10-6×3×108=660米呀！它应该只通过660米呀！老兄，哪来的8000米呀？！”
是呀，确实按照牛顿的方法算出来的结果跟实验的很不一样，不过，实验又确实没有问题呀！
“嘿嘿！我可以解决！”爱因斯坦挑衅道。
“当0.9966c这个速度是如此的接近光速时，时间膨胀效应千万不可忽略！好，我们先来算出它膨胀后的时间，
2.2×10-6/√1-0.99662=26.7×10-6秒
接下来，看看它在这个时间内通过的路程
26.7×10-6×3×108≈8000米！”
“看见了没有，跟实验符合的相当好！”爱因斯坦仰头闭目。
“Oh——太帅了！爱兄，可以给俺签个名吗？”兔子跳了过去。
118
测量高速粒子寿命的实验是在狭义相对论建立47年后——也就是1952年——做的，不过，那时用的是π子。这些都无疑证明了爱因斯坦是对的，而经典物理学确实是有缺陷的。
只有考虑了时间膨胀效应，才能够解决这些实验。这就给了时间膨胀效应一个支持的证据。
看来，时间膨胀效应是实实在在的哟！
我们得到了肯定后件的结果，虽然我们还不可以说时间膨胀效应就是正确的，但至少也增强了我们对这个“百思不得其解”的效应的信心。
在经典物理学的时空观里面，时间间隔是绝对的，但是，站在新的时空观上，我们得到了时间是相对的，会“膨胀”的这种恰恰相反的结论。
为什么会这样呢？为什么我们会得到这样的结论？
我们回头来看一下。
由于牛顿力学和电磁学的不融洽，我们有必要进行调和。于是我们找到两条原理——狭义相对性原理和光速不变原理。之后我们从这两条原理出发，得到了洛伦兹变换式。我们惊奇地发现，在新的变换式中，时间和空间的关系式发生了微妙的变化。时间是相对的了，它可能会由于空间坐标的不同而不同，当我们运用数学去进行运算之后，我们竟然得到了时间膨胀的惊人结论！
而再来看看相关的实验，我们也很不情愿地见到，经典物理学有它不足的地方，它并非是万能的，而狭义相对论所预言的效应又确实是可信的！
而从时间膨胀的公式，还可以认识到，当速度很低时，也就是u很小时，膨胀的效果是很细微的，可以忽略不计，这时就回到了经典物理学，而在高速的情况下，就必须承认狭义相对论的正确性了。
又一次看到，牛顿力学不过是狭义相对论的一级近似。
学以致用。
119
以后，当你上学或者上班迟到的时候，别忘了拿出狭义相对论与班主任或者上司争论一番。不过，这也是开玩笑罢了，别当真，要是丢了饭碗的话，可没有人同情你哟！毕竟，这是低速世界！
好，接下来，我们将来看看其他的与旧的时空观相反的预言。
在经典物理学当中，不仅时间是绝对的，而且空间也是绝对的。
特别地，长度是绝对的。一个物体的长度在这一个惯性系看来是这么大，比方说２米；那么在其他所有的惯性系看来，“显而易见”地，也应该是２米。
我们之前未曾怀疑过这个结论。而且在我们看来，它也是符合我们的生活经验的，从来没有人见过这样的怪事：你测得是２米，而我只看到１.８米哟！之后争论不下。要真是这样的话，我们这个世界得多多少关于这个的官司呀！不过，我们从来没有遇到过。
但是，根据我们前面对待绝对时间的经验，我们觉得很有必要来怀疑一下这个“常识”。
洛伦兹变换式中，空间坐标的变换关系也发生了一些变化。说不定长度也会像时间那样，在高速的情况下，出现了与我们熟悉的低速世界大相径庭的结论呢！
要测量一个物体的长度，我们可以这样做。
在同一时间（注意，同时性虽然不是绝对的，但对于某一些参考系，它还是可以有意义的），在我们自己选定的坐标系中，分别读出物体头和尾的坐标，最后，两个坐标相减，就会得出了该物体的长度，想想，这可是我们当年几何课上测量线段长度的经典方法哟！
下面，我们就来看看两个不同惯性系之间，长度的关系究竟是怎样的。
还是让你和兔子来执行这个艰巨的任务吧，你们已经干了很多回了，工多手熟呀，继续努力哟！
你扛着你的坐标系静静站在那里。而兔子则依旧背着坐标系以u的速度“向前跳去” ，还在x’轴上放了一根直直的小木棍。
好了，现在，你们的任务是：分别同时读出小木棍两端点在你们坐标系中的
120
读数，而你得加重一点，还要进行一些运算，希望你们不负众望。
很快，你们报告了数据。
你在t时刻测得两端的坐标分别为x1、x2，而兔子在t’时刻测得x1’、x2’。
好啦，接下来是你的任务啦，而兔子，你一边找萝卜去！不找着一个绿色的萝卜就不要回来了！
你得先算出你所测得的长度，之后，找出你的坐标和兔子坐标的关系，最后，用你得到的去表示兔子的。
好的，算就算呗。
我的长度应该是Ｌ＝x2－x1，而我的坐标和兔子坐标的关系嘛，可以偷一下懒，反正前面已经找到了范例，那就是洛伦兹变换式，直接拿过来便罢。
那就是
x１-ut
x１’ = －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
x２-ut
x２’ = －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
于是，兔子的长度是
Ｌ０＝x2’－ x1’
x２-ut x１-ut
= －－－－－－－ － －－－－－－－
------------ ------------
√（1- u2/ c2） √（1- u2/ c2） 121
（x２-ut－x１+ut）
＝－－－－－－－－－－
-----------
√（1- u2/ c2）
（x2－x1）
＝－－－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
Ｌ
＝－－－－－－－－
-----------
√（1- u2/ c2）
完了，好象我们再次遭遇了时间关系的尴尬！
老方法，静下心来，好好分析一下。
Ｌ０＝Ｌ/√（1- u2/ c2）
这意味着什么呢？
或者，我们换一种写法，把除的形式换成乘的形式——
L＝Ｌ０√（1- u2/ c2）
Ｌ代表你测得的小木棍的长度，而Ｌ０代表兔子测得的长度。而根号里面却是小于１的，所以你测得的长度将比兔子的小！
这也就是说，你测得的长度跟兔子的不一样，你看到的小木棍比兔子看到的短！
慢着，好象很乱。
122
小木棍是跟着兔子运动的，也就是说小木棍跟兔子相对静止。Ｌ０就是在相对静止参考系中看到小木棍的长度，而Ｌ则是在相对运动的参考系中看到小木棍的长度！
这是不是说，当我们看一条运动的小木棍时，它的长度将比看到它静止时的长度小！
真的是这样吗？
细细思考一下。
方程似乎真的是这个意思！
是的，就是这个意思！
物体的长度在不同的惯性系看来是不同的，在以u相对运动的坐标系看来，它们比静止时缩短了！而且是缩短到静止时的√（1- u2/ c2）倍！
我们再回头注意一下，我们只是讨论了x方向上的长度而已，别忘了y和z方向！
但是，根据洛伦兹变换式，y’=y，z’=z，它们具有简单的相等关系。不管是相对运动的坐标系，还是相对静止的，测得的坐标都是一样的，所以得到的长度也应该是相同的。比方说，再y方向上，兔子在t’时刻测得y方向的头尾坐标分别为y1’和y2’，那么它得到的y方向的长度为Δy’＝y2’－y1’；同样道理，你在t时刻得到了y1和y2，则Δy＝y2－y1；由于y1’＝ y1，y2’＝ y2，所以Δy’也是等于Δy的！z方向上亦是如此。
这也就是说，长度的差别只发生在沿相对运动的方向上，而与相对运动垂直的方向上则没有这种差别！
再来看一下，当那个u比较小的时候，根号里面还是相当接近于１的，这时那么一点点收缩根本就测不出来，于是又回到了经典物理学。倘若u很大，接近了光速c，那个缩短的效应就很明显了。正因如此，我们在平常生活中，从来没有遇到过什么运动的木棍会变短这么“荒诞”的事情，因为我们总是生活在一个低速的世界！当去到高速的环境里，我们就会发现将会是多么的不一样！
123
牛顿力学是相对论的一级近似！它是低速运动世界的近似规律！
我们又一次得到这样的结论！
现在，我们对我们的狭义相对论是越来越有信心了，它不仅可以得到牛顿力学的一些预言，而且还包含了牛顿力学，它可以指出牛顿的结果其实只是一种近似，它还能够预言高速时的一些结论！
包含旧的理论结果，并且拓展了新的疆域！
这是新理论的一大特征！
我们来做一个总结，L＝Ｌ０√（1- u2/ c2）这条方程究竟明显地告诉了我们什么。
物体的长度在不同的惯性系看来是不同的，在以u相对运动的坐标系看来，它们比静止时缩短了！而且是缩短到静止时的√（1- u2/ c2）倍！但是，在与相对运动垂直的方向上的长度是不变的。当处于低速（u比较小）时，近似回到旧的理论；而当u很大时，缩短的效应将非常明显。
这就是狭义相对论中著名的收缩效应。
值得指出的是，事实上，物体的长度也可以延伸到空间的距离，也就是说，在相对运动的方向上，空间将会发生收缩！
这就与前面的时间效应呼应了——空间收缩和时间膨胀！在相对论中，空间和时间不再是绝对的了，而都是相对的！在不同的惯性系中，时空将会可能不一样！
“妈的！俺跑得太快，竟然被人家看’扁’了！”兔子非常痛苦。
哇！运动物体的长度将会缩短！空间竟然可以收缩！
惊世骇俗！意料之外！
不过，细细回想一下，我们前面好象不是也听过类似的说法吗？不知你还记得不？
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对！洛伦兹！当年他为了解释麦克尔孙-莫雷实验的惊人结果，也曾经动用了这个收缩效应！
其实，当年洛伦兹从数学手段出发，也曾经得到这条长度缩短的方程，跟现在爱因斯坦的真是一模一样！
哈！历史跟我们开了一个玩笑，兜了一个大圈子，竟然又回到了这个起点上！
天道轮回！
不过，真的如我们上面所想，这只是简单的回归而已吗？
不！绝对不是这样！
别忘了，当年洛伦兹可是死抱着以太不放，而现在爱因斯坦的出发点只有两条原理，根本就没有以太的位置！起点都不一样，怎么又会是完全相同呢？！
事实上，洛伦兹的收缩假设跟爱因斯坦的收缩效应是非常不一样的！
洛伦兹认为那是物体跟以太相互作用的结果。他说由于物质构造中原子的距离被以太压缩了，所以呈现了这种缩短的现象！再说了，洛伦兹当时是凭借数学的手段得到这条公式的，它并没有稳固的基础，更像是孙猴子那样，突然间迸出来的！
而爱因斯坦则从两条原理出发，非常自然地得到了这样的结论和这条式子，基础可是硬邦邦的呀！而且他把收缩效应理解为一种普遍的时空属性，认为空间距离本来就不具有绝对的概念，而应该相对于某个参考系来说方有意义，对于不同的惯性系可能具有不同的长度！
是的，那是时空本身的属性！
现在，我们再回头来看看麦克尔孙-莫雷实验，那个悬而未解的谜题！当年我们站在迷雾当中，走了一条又一条的死胡同，是那么的无助，是那么的痛苦！
为什么？为什么没有干涉条纹？
现在，我们必须记住，光速对于任何观测者都是一样的！空间长度对于不同的观测者可能有不同的结果！
好，我们来看看麦克尔孙-莫雷实验的装置。
125
首先必须注意到的是，它跟我们是相对静止的，所以两路镜子的长度都是一样的！没有收缩！再一个，由于光速不变原理，两路光的速度都是c！它们并没有因为地球的运动而产生不同！
呵呵！问题很简单啦！
同样的路程，同样的速度，自然同样的时间，自然没有条纹！
怎样？在狭义相对论的范畴下，很容易就解决了吧？
其实，说到底，空间收缩的结论跟时间膨胀一样，根源都在于光信号的传播速度是一个不变的有限的常数。从这里出发，我们得到了洛伦兹变换式，再从变换式中得到这些结论，一切如行云流水，一气呵成！
然而，在经典物理学中，假设存在一个无限大的信号传播速度。在这种基础上，时间和空间的绝对性都是合理的！
不同的出发点，截然不同的落脚点！
人生何曾不也是如此呢？！
我们已经说了时间、空间和经典物理学中的是如此的不同，也着实让我们感到不可思议，甚至非常痛苦，试问有谁不对自己曾经的常识感到留恋呢？
但是，痛，并快乐着。
虽然心在流血，但是，我们又更接近真理，更接近上帝的秘密了！痛苦但很幸福，这就是探索大自然的一种奇妙的感受！
别伤心着，我们还有更多的苦难需要去经受！
一说到时间，还有空间，你能够想起什么呢？
空间、时间！速度！对！速度！路程除以时间不就是速度吗？
空间和时间都和以前的那么不一样，速度还会好到哪里去吗？
我们就来看看狭义相对论中有关速度的结论，跟经典物理学的究竟有没有不一样。
126
有关速度合成的结果，在经典物理学中是简单的直接相加。
打个比方，兔子相对于你以v速度向前奔跑而去。在它看来，一只小蝴蝶向前飞舞的速度是u’ 。那么请问你看到蝴蝶的速度应该是多少呢？
站在经典物理学的基础上，我们很快也很自然能够得出这样的结论——你看到的速度u＝v+u’！这非常地符合我们的生活经验，也是我们的常识来的！
慢着，前面我们已经掉下了不少“常识”的陷阱，也别忘了，我们不过是生活在一个低速的世界，并没有高速世界的说话权！
这些成为了我们怀疑速度相加原理的理由！
在这里，我希望交代几句。
其实，速度相加定律源自于伽利略变换式，不过具体的推导过程我就略去了。而前面，我们已经用洛伦兹变换式代替了伽利略变换式，所以速度的合成原理可能会发生变化，而且应该也是从洛伦兹变换式推导得来。
而严格的推导过程虽然不能说难，但是也得用到微商（或者叫做导数），所以在这里就不写出来了，以免让某些读者感到不适。^_^
好，那我就直接把推导所得到的结果写出来便罢，不过，希望诸位明白它的出发点依旧是那两条原理，或者说是洛伦兹变换式。
u（x）’+v
u（x）=－－－－－－－－
1+vu（x）’/c2
u（y）’√（1-v2/c2）
u（y）=－－－－－－－－－－－
1+ vu（x）’/c2
u（z）’√（1-v2/c2）
u（z）=－－－－－－－－－－－
1+ vu（x）’/c2 127
或者把带撇的放到左边，也就是它的等价式子为
u（x）-v
u（x）’=－－－－－－－－
1-vu（x）/c2
u（y）√（1-v2/c2）
u（y）’=－－－－－－－－－－－
1-vu（x）/c2
u（z）√（1-v2/c2）
u（z）’=－－－－－－－－－－－
1-vu（x）/c2
这就是洛伦兹速度变换关系式。带撇的就表示兔子那个惯性系看到小蝴蝶的速度，v是兔子那个惯性系相对于你的惯性系的速度，剩下的不带撇的就是你的惯性系看到小蝴蝶的速度。
哇！好复杂是不是？
不要怕，慢慢来，你只需要注意一下我所让你关注的地方就行了，没有必要把它记住。
来，我们来欣赏一下这堆式子。
速度u是矢量（有大小和方向的量），所以把它分解成为了三个方向——沿x、y、z轴的方向。因此每组就有了三个式子。
前面兔子和小蝴蝶的例子，我们不妨说它们都是沿x轴方向运动的。于是，就用到新的速度合成式中的第一个式子。你注意一下，当那个v（兔子的速度）和ux’远远小于c时，下面的分母就基本上等于１了，这样就相当于简单的速度相加了！又回到了伽利略的速度相加定律！
但在高速，也就是v和ux’比较接近c时，就跟伽利略的预言不太一样了！ 128
又一次看到，经典力学不过是相对论的一级近似！它只是低速时的近似规律！
还有一点，你注意到了没有？本来，在y轴或z轴上，按照旧的理论，也应该是直接相加呀！但是，在新的变换式中，却并没有这么简单！它可是一大堆！
不过细细想来，在y和z轴出现这种事情也并不是没有道理的！
v只是沿着x轴方向的速度，而在y、z轴你和兔子并没有相对速度！所以，按照长度收缩效应，在y和z轴上并不存在空间上的变化！
但是，时间的膨胀却是存在的，它不分什么方向，因为时间本身就是一个标量（只有大小而没有方向的量）！
虽然空间距离没有变化，但是存在时间的膨胀，所以最后的速度出现这种“奇怪”的形式也就显得情理之中了！
好，你只需要注意这些地方：x方向上的速度在某些情况下会退化回到伽利略的形式；在y和z轴方向上的速度跟伽利略的预言很不一样！它是由于时间的相对论效应造成的，在经典力学中没有这种奇特的效应！这完全是一种相对论效应！
我们从两条原理出发，可以最终得到新的速度合成式子。在这里，你看到小蝴蝶的速度不再是简单的相加了——u＝v+u’，而应该是u=(u’+v)/(1+vu’/c2)！
慢着，说了那么多，我怎么知道这组式子究竟是不是正确的？！
那咱们就做实验呀！如果它预言的结果跟实验数据不一样，好，否定后件！一刀“咔嚓”掉，不仅干掉这组式子，连爱因斯坦的那两条原理也一连葬送！
看来，爱因斯坦又走到了一个关键的时刻！
但是，前面的一次次检验，早已练就了我们沉着冷静的处事方式，哼，来吧，终归需要一个了结的！尽管放马过来！
在真正做实验之前，我觉得我们有必要先在纸上分析、验证一下这组新的式
129
子，以防它存在着一些很低级的错误，免得我们浪费了实验的经费！说不定，它本身就和相对论的某些结论相悖，而且可以很明显地看出来，根本就不需要做实验！
在这之前，为了方便讨论，我还是先把新的式子再写一遍，毕竟它实在是有点难记住！
u（x）’+v
u（x）=－－－－－－－－
1+vu（x）’/c2
u（y）’√（1-v2/c2）
u（y）=－－－－－－－－－－－
1+ vu（x）’/c2
u（z）’√（1-v2/c2）
u（z）=－－－－－－－－－－－
1+ vu（x）’/c2
或者
u（x）-v
u（x）’=－－－－－－－－
1-vu（x）/c2
u（y）√（1-v2/c2）
u（y）’=－－－－－－－－－－－
1-vu（x）/c2
u（z）√（1-v2/c2）
u（z）’=－－－－－－－－－－－
1-vu（x）/c2 130
接下来，当涉及到这些式子时，你就可以翻回到这里看一看，对照一下。
好，我先来假设，假如兔子相对你的速度是０.５c，而它看到小蝴蝶的速度又是０.５c！那么请问，你将看到小蝴蝶的速度是多少呢？
当然不存在那么厉害的兔子和蝴蝶，有的话八成也是基因变异的！假设！这里只是假设而已！你就不要管那么多，按照新的式子去算便是了。
由于这两个速度都是x轴方向的，我们直接运用第一组的第一条式子就ok了。好，
我看到的速度将是u＝（０.５c+０.５c）／（１+０.５c×０.５c／c2）＝０.８c！
在我看来，那只小蝴蝶应该是０.８c！而按照伽利略的算法，将会是０.５c+０.５c＝c！
两家式子的预言确实不一样！
我们在来看一个假设。
假设，兔子相对你的速度是v，从它的坐标系里面，看到一束光以速度c向前射去，请问在你看来，那束光的速度是多少？
简单嘛！根据光速不变原理，很明显是c！
这是没有错误的！但是，你为什么不尝试用速度合成的式子去算一下呢？如果算出来的结果跟这个不一样，那……嘿嘿！
根据式子，我看到那束光的速度应该是u＝（v+c）／（１+vc／c2）＝c！
确实是c！看来，新的式子自动跟爱因斯坦的原理吻合了！我们“谋反”的企图初步宣告失败！
其实，失败的原因也是相当明显的，新的式子本来就来源于爱因斯坦的两条原理，只要中间的推导过程没有问题，那么很明显它也不会跟原理相悖！毕竟，它来源于原理！
那再来玩一下，假设有一个光子，自然地，它相对你的速度是c！而在它看
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来，又有一个光子以速度c超过它，向前飞去。那么，你会看到那个“超车”的光子的速度是多少呢？
按照式子，u＝（c+c）／（１+cc／c2）＝c！
还是c！呵呵，看来爱因斯坦还有两手哟！
总结一下，在新的式子下，如果v和ux’远远小于c的话，式子回到伽利略速度变换式。而洛伦兹速度变换关系式与光速不变原理是自动符合的。当v和ux’中，有一个是c，或者两个都是c，洛伦兹速度变换关系式所得到的结果都是c！
看来，在新的式子下，最大速度依旧是c！而运用旧的速度相加式子，却会得到比c大的速度，如c+v、２c，甚至可以得到无限大的速度！只要你不断的相加！
从这里，我们又一次领略到，新的理论认为c是一切物体运动的速度上限。而旧的理论却坚持物体的运动速度是可以无限大的！
矛盾就在这里！
而我们也“失望”地看到，本来我们是想在纸上找出洛伦兹速度变换关系式的荒谬的，不过却失败了！它跟相对论不存在逻辑的冲突，相反，还符合得相当好！
那，最后的绝招——只好交给实验来判决了！看来，那一点经费省不得！
天空一片阴沉。
秋风毫不留情地横扫而来。
枯黄的叶子稀拉地从几乎光秃的树上纷纷飘落下来。
街上很少行人。
风过后，死一般寂静。
到处都充斥着悲凉的气息。
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大树底下，蜷缩着一个颤抖的身影，它抱着灰黑的头，一长一短地抽泣着，好不悲惨！
“兔子大哥，为何如此伤心呢？”爱因斯坦上前关切地问。
爆牙兔抬起头，了无生气地说：“昨天见了未来的岳母，她……她嫌我太瘦，不……不喜欢俺……”
爱因斯坦笑笑道：“呵呵！这个……你不用伤心着，我有绝招！别忘了，这里是相对论的世界！重一点而已嘛，小意思！”
“不是拿俺开心的吧？”兔子半信半疑。
“千真万确！绝无虚假！”爱因斯坦拍拍胸脯，“诸位，请跟我来……”
我们快步跟随着爱因斯坦，买好了票，上了一辆据说是可以高速行使的火车。
“乘客们请注意，欢迎乘坐本次列车，列车即将开动，请系好安全带！”列车缓缓启动。
“诸位，现在我们已经达到了0.9966c的速度。请往外看，见到了没有？树木、楼房还有行人，他们都变扁了！还有，那些行人的动作是如此的慢，简直就像一只蜗牛！哈哈！”爱因斯坦指着窗外说。
“兔子大哥，快看前面！兔MM和她的妈妈正在向你招手呢！”
“那又有什么用？！”
“非也，非也。有用有用！其实，在它们看来，你应该胖得像一只猪了！瞧，它是如此的高兴！”
（呵呵，这么说来，爆牙兔得改名叫爆牙猪了！^_^）
“噢？此话怎讲？”
“我们都知道，站在经典力学的立场上，质量m是一个常量来的。你静止时是５０公斤，那么你跑起来也依旧是５０公斤！质量是绝对的！在任何一个惯性系看来，它都是一样的！这在我们看来，也是显而易见的！要是质量会由于惯性系的不同而变化的话，那这个世界又得多多少官司呀！谁还敢卖东西呀！整天都被人告上消费部门！”
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“然而，那是站在经典力学上说的，F=ma，这本身就包含了一个不言而喻的假设——质量是不随惯性系的变化而变化的！”
“但是现在，别忘了，我们已经是站在狭义相对论的立场上，我们跟牛顿力学的出发点可是不太一样的！我们有必要对旧理论的每一个结论都去怀疑！我们有必要对我们曾经的每一个常识都去审视！”
“站在新的基础上，我们惊奇地发现，质量必须不是一个常量，它也是相对的，它会随着惯性系的不同而发生变化！”
“这又跟我们的’常识’相违背，不过，它又确实是从那两条原理的基础上推导出来的！”
关于质量随速度的变化而变化的数学推导过程，有些繁琐，可以借助前面得到的新速度合成公式和动量守恒定律推导出来，不过，要是我再写出来的话，恐怕会给一部分读者带来不快，所以，在这里，我就直接把结果写出来算了。
m0
m＝ －－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
这里的m0表示在与物体相对静止的参考系里测得的物体的质量，也叫做静质量，或者是物体的固有质量（也就是我们以前的经典力学中的物体质量）。u呢，是m所在的惯性系相对物体的运动速度。而m则是在相对物体以u运动的惯性系中得到的物体的质量。
这条式子就是有名的质速关系。
看到了没有？在这里，我们又一次看到了那个根号分母！它就像是狭义相对论的ＬＯＧＯ！
老相识来了！老酒菜款待！当u很小时，分母几乎等于１，又近似回到了经典力学的结论。所以，再次这样说，经典力学只是低速世界的近似规律！只是狭
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义相对论的一级近似！
再看，当u比较大时，甚至接近于光速c，这时候分母就不能忽略啦！这时分母就会比１小很多，除以一个比１小的正数，得数自然比被除数大！也就是说，当以接近c运动时，质量会明显地增大！
要是u等于c呢？或者大于c呢？
算一下，大事不妙！分母等于０！质量无穷大！或者根号里面等于负数！我可不愿意看到这样的事情！所以，狭义相对论又一次限制——物体的运动速度必须小于c！
哇！这是不是真的呀？不会是骗我的吧？
老规矩——做实验！
事实上，在１９０１年，也就是爱因斯坦发表狭义相对论论文之前，德国老乡考夫曼（１８７１—１９４７）就在实验中发现了运动电子的质量会比静止时大！不过当时的数据并不是非常的精确。到了１９４０年后，在足够精密的电磁偏转实验中，证实了质速关系的准确性。而后来的粒子加速器的设计和运行，还有高能物理学的大量工作中，都对该公式给出了肯定的评价。
所以，这又是肯定后件！又一次增强了我们对相对论的信心！
回到列车上。
如此说来，兔子真的可以得到岳母大人的认可是吗？在岳母大人看来，它真的是胖了是吗？
“没错！”爱因斯坦肯定地说，“我们可以来计算一下。现在兔子大哥是以０.９９６６c的速度相对它们在奔驰，也就是u＝０.９９６６c。好，根据公式……慢着，兔子先生，你多重呀？”
“俺……２０公斤。”（不是吧？２０公斤的兔子！还瘦呀！我们都没有见过！不好意思，为了计算方便而已！）
“好，计算一下，
m＝２０／√（１－（０.９９６６c）2／c2）
135
＝２０／√（１－０.９９６６2）
＝２４２.７５（公斤）”
噢！见鬼了！竟然变成这副德行！２４３公斤呀！简直就是一头猪嘛！
“哇！太好了！我亲爱的爱先生！那公式太厉害了！太有眼光了！”兔子像发了疯一样，跳下列车，要向它的兔ＭＭ冲去……
我们已经看到，原来质量也不再是一个常量，它会随着速度的变化而变化。还记得那个根式分母吗？我们在很地方遇到了它，比如说洛伦兹变换式、时间膨胀、长度缩短和洛伦兹速度变换关系式。它告诉我们，当速度很小的时候，狭义相对论可以回归到经典力学。
慢着，质量会改变！
你想到了什么？你感觉到了什么？
再想想……
牛顿第二定律！
F=ma！
在牛顿力学中，质量是不变的！所以在上面的式子当中，m可是一个常量！
但是，现在爱因斯坦告诉我们——质量不再是一个常量！
那，得怎么办？
是的，我们得修正第二定律！我们得修正F=ma！
是的，我们可以把新的质量表达式代如牛顿方程，从而修正它。
一样地，当速度比较小的时候，它可以回归到F=ma，然而在高速时，却跟牛顿的预言大相径庭了。
于是，我们得到了——相对论力学的基本方程！
还要修正什么吗？
想想，像动量啦，这些含有质量的表达式，都得修正！不过，这样的工作还
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是留给你自个儿去完成吧！在这里就不再赘言了。
从这里你可以学到什么呢？
噢，原来一个新的理论应该包含旧理论的一些内容，而且它还应该修正旧理论的一些认识和概念，是的，还应该拓展新的适用范围。
这只不过是人类认识事物过程的一个缩影而已。
用你现在的思想认识跟小时侯的相比，你一定会发现以前的认识是多么的狭窄，多么的可笑！同样的道理，在人类文明的慢慢历程中，人类正是一步一步地向上攀登，每一次的征服都使得自身上升到一个新的境界。
从愚昧的神学中走出来，迎来科学的新世界。哥白尼用日心说简化了地心说，从此不再需要本轮和均轮；牛顿的万有引力将天上的地下的统一到了一起，大大拓展了物理的疆域；爱因斯坦把低速和高速宏观世界放到同一屋檐下，物理学又走向了新的辉煌；而今天，我们业已将电磁力和弱力统一了起来，还正向着大统一理论迈进……
每登上一座新的高峰，极目远眺，一览众山小！不但有了新的高度，还掌握脚下世界的控制权。
人类的认识是一种不断上升的发展。
我们每天都在攀登。
我们每天都在前进。
我想你肯定会听过爱因斯坦那个著名的E=mc2公式吧！
它是司空见惯的；它是妇孺皆知的。
它出现在了很多书籍杂志上；它被刻在了路边的雕塑上；它被印在了时尚的衣服上；它甚至成为了某些人的口头禅……
只要一提起爱因斯坦，一提起相对论，人们就会想起这条公式——E=mc2！
出名归出名，它说的到底是什么玩意儿呢？
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E，energy，代表能量；m，mass，说的是质量；而c呢，老规矩，是光速，299792458米每秒，或者说是30万公里每秒！
这也就是说，能量等于质量乘以光速的平方！
说到这，你或许认为它也没什么了不起呀。
呵呵，且听我细细说来。
等号意味着什么？意味着等价！等价就是说，能量其实和质量是一样的！也就是说，质量可以换成能量！
伟大吧？用这条公式可以把你变成能量，拿来烧开水、看电视……
这条公式告诉我们，原来质量就是能量，这就为我们的能源短缺打开了一条新的途径。
而且，在爱因斯坦之前，科学上还一直存在着能量守恒定律和化学上的质量守恒定律这么两条分家的定律。现在倒好，有了这么一条公式，两个守恒定律就可以划到同一个范畴了！
如此说来，E=mc2确实很厉害！
打个比方说，你的质量是50公斤（想想，这个质量指的是什么质量？），那么要是把你完全变成能量的话，有多大呢？
根据那个式子，不妨来算一下，
E=50×3000000002=4.5×10^18（焦耳）
这些能量究竟有多大呢？我们平时烧开一锅水，大约就用了10^6焦耳的能量。也就是说，如果拿“你”来烧开水的话，足以烧开4.5×10^12锅！按每天烧一锅水来算的话，足足可以应付10^10年！而从远古人类算起一直到今天，也不过才10^6年的历史！
怎样，厉害吧？50公斤的质量就可以干那么多事！是不是该考虑为人类的烧开水事业献身了呀？
质量蕴涵了那么庞大的能量，在爱因斯坦之前，我们还不知道哩！看来，这个公式还真像它的名气那样，确实很伟大！名副其实的“名副其实”呀！
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你也许会问，这么拽的式子，爱因斯坦是怎么得来的呢？
爱因斯坦在1905年的那篇《物体的惯性同它所包含的能量有关吗？》论文里边提出了它，作为对《论动体的电动力学》的补充。
关于这个式子的推导过程，允许我再次略去了。因为，严格的推导需要用到微分等高等数学内容；而一些简单的推导的意义又不太明了，所以，折中一点，不要便罢。
E=mc2在科学中的运用非常广。
说到E=mc2，我们不得不提起原子弹。人们尊称爱因斯坦为原子能之父。小小的质量就蕴含极大的能量。所以，小小的原子核也应该可以放出很大很大的能量！原子弹正是以E=mc2作为理论依据而制造出来的。
我们知道，物质是由分子、原子组成的，而原子里边又有质子呀，中子呀，还有电子，质子和中子结合成了原子核，也正因如此，质子和中子又统称为核子。要知道，当原子核里边的核子分裂和结合时，就会出现质量的亏损，也就是说，分裂或者结合前后的质量不一样了！那，那些质量跑哪里去了呢？
正是变成能量释放出来了！所以，在这样的基础上，人们就可以制造出来原子弹，利用原子核里边的变化，瞬间释放巨大的能量，从而具有极大的杀伤力。
原子弹的诞生有非常多的背景，其中包括政治的、道德的、科学的……当时为了赶在德国法西斯之前制造出原子弹，防止法西斯力量进一步威胁世界的和平，爱因斯坦亲自写信给罗斯福总统，要求尽快研制原子弹。于是，一大批的科学家蜂拥而至，庞大的科学明星阵容，n颗闪耀着智慧光辉的头脑，最终缔造了这种足以毁灭人类文明的武器！
1945年，第一颗原子弹“小男孩”（Little Boy）在日本广岛爆炸，生灵涂炭。直至今天，世界的核武器数量惊人，人类最大的悲哀莫过于制造出来了可以毁灭人类自己的武器！今天，朝鲜、伊朗的核问题依旧摆在我们面前，而其他很多国家也拥有核武器。人类正生活在核武器的威胁当中。
由此看来，科学确实一把双刃剑。它可以造福人类，也可以置我们于死地，
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而至于应该发挥它的什么作用，这就不是科学所能够掌管的了，而必须依靠道德的力量！
不过，原子弹的过错不能归咎到爱因斯坦一个人的身上，其实E=mc2也一样是可以造福人类的。比如说，烧开水事业（^_^）。现在，人类正面临着能源的危机。随着人类掠夺式的开采，化石能源有一天终究会耗尽。而且，这些化石燃料也带来了严重的环境问题。如何找到新的、无污染的能源，是我们新世纪的重大课题。
而核能就是其中一种理想的能源。核能也是利用质量亏损所放出来的巨大能量，所以它的理论基础还是E=mc2呢！
这又是科学好的一面。
其实，任何事物的好坏关键在于我们怎样去对待。原子能的利用更是如此，希望我们可以自觉起来，坚守道德的高地，为人类的文明事业做出贡献。其实，这也是我们的责任所在。
呵呵，一下子提升到道德问题的讨论，似乎有偏题的倾向。
言归正传，你或许在琢磨着要怎样为烧开水事业做贡献了。原子能也不过仅仅能够利用那么一点亏损的质量，还有一些剩余的没有利用呀！有没有可以利用全部质量的方法呀？
有倒是有，我们就来看看！
E=mc2确实拥有很大的威力，50公斤的质量就可以烧上10^10年开水！然而，究竟有没有将质量100%转化成能量的方法呢？你究竟能不能实现那个伟大的为人类献身的理想呢？
这就不得不提到反物质了。
在《阿丽思镜中奇遇记》中，作者向我们展示了一个神奇美妙的镜中世界。在镜子里边，所有的一切都会跟我们现实生活相反。阿丽思读诗的时候，发现文
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字是反过来的，差点看不明白。而为了可以和王后说话，阿丽思又不得不听从玫瑰的建议，不能迎着往后走过去，而应该向相反的方向走去！
是呀，当你照镜子的时候，有没有想过这个世界会不会真的存在一个和你相反的“你”呢？平时，我们耳濡目染的物质都是由带正电的质子、带负电的电子和不带电的中子组成。会不会存在一种物质，仿佛照镜子那般，它是由带负电的质子、带正电的电子等组成的呢？那个“反你”跟你只是电荷上存在差异，而其它都一样？
人们将这种物质称为“反物质”。
在1928年，英国物理学家狄拉克就在理论上预言了反物质的存在。这种物质相当于物质的镜像，跟我们平时熟悉的物质的电荷正好相反。
1932年，美国科学家安德森找到了第一个反粒子——正电子！除了电荷带正电之外，这种电子跟我们平时司空见惯的电子没有什么两样，质量是一样的，寿命也相同。
接下来，1955年，人们又发现了反质子，这种质子带的是负电荷！之后又找到了反中子、反介子……值得一提的是，反Σ超子的发现要归功到我们国人的身上——1959年中国科学家王淦昌填补了这一个空白（我们应该为此自豪，也应该以此为榜样！）。
最令人振奋的是，1996年1月，当西方人还沉浸在圣诞节的悠闲假期时，一条爆炸性的新闻响彻全球，各大媒体纷纷跟进报道——CERN奥勒特研究小组的科学家们制造出了人类首批“反氢原子”！这是第一次真正意义上的反物质（对于CERN，就是我们前面说到的那个欧洲粒子物理研究所）！次年，美国费米国立加速器实验室也成功地制造出了“反氢原子”！
从理论到实践，从预言到现实，人类将自己的聪明才智发挥到了及至。这是人类科学理论的又一次伟大胜利！向人类致敬！向科学致敬！我们有信心，也有理由走得更远！
现在，几乎每一种粒子，人们都已经找到了它的反粒子！不过，要真正制造
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出一个“反你”来，却还有很长的路要走呢！
但是，既然反物质是存在的，为什么我们一直都没有发现、没有遇到呢？我们周边都是物质来的呀？反物质又藏在哪里呢？这确实是一个问题，一个到现在还令物理学家头疼的大问题。为什么我们的宇宙中物质这么多，而反物质却那么少？这到现在都还没有确切的答案！是反物质集中在另一个地方，我们没有发现吗？很有可能！ 1997年科学家宣布在银河系中心附近发现了“银心反物质喷泉”现象，这极大地震撼了整个物理学界！1998年，美籍华人科学家、诺贝尔奖得主丁肇中领衔的AMS（Alpha Magnetic Spectrometer）计划，将试图寻找宇宙中的反物质。AMS计划是一个大型国际合作项目，共有美国、意大利、瑞士、中国、法国、德国等10多个国家、50多所高校和科研院所参加。值得关注的是，中国的东南大学、山东大学、中山大学、上海交通大学、中科院电工所等单位近期还加入了AMS科研项目。
物质和反物质具有这么一种特性：只要它们一碰头，就立即会湮灭，放射出辐射来。这就有点像梁山伯和祝英台了，生前两隔，相聚之时，竟已化蝶成仙！物质和反物质寻寻觅觅，难得一见，当两家一接触时，却会双双“化蝶”（湮灭），放出巨大的能量！
注意到了吗？这就将是我们将质量完全转化成能量的方法！
想不到物理学竟也存在着浪漫的梁祝姻缘，原来物理学也有甜蜜蜜的时候。
当物质和反物质相碰头的瞬间，就会互相湮灭，完全转化成巨大的辐射能量，不留下一点自身的痕迹。
比方说，当一个正电子和一个负电子（也就是我们“常见”的电子）相碰时，就会转化成一对γ光子，而辐射光子的能量就刚好对应正负电子的质量和与光速平方的乘积。
于是，我们就找到了一个献身的途径！只要找到一个“反你”或者一堆反物
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质，然后抱到一快，之后就会将你们的质量完全转化成能量了！这次呀，不再仅仅是50公斤了，而还得加上反物质的质量，也就是100公斤！呵呵，这下可以足足烧上两个10^10年了！
不过，这个方法的实现在现在看来依旧还是不太可能的。然而，这又为我们提供了一条新的、无污染的能源途径哟。
在此提醒一下，如果有一天，你偶然见到了“反你”，千万不要跟他握手，否则你们将相互湮灭，成为一堆能量！
而对于反物质和物质的不均衡之谜，如果你有兴趣的话，不妨在本次冒险完了之后，跟“旅游局”联系一下，去做一次反物质之旅！并且期待你的大功告捷！
也许你会问，爱因斯坦说E=mc2，那么这个E究竟指的是什么能量呢，是热能？势能？动能？……
其实呀，当那个质量是静止质量时，我们可以说E就是静能。静能是什么呢？它包括了该物体一切的能量！像物体的分子运动的动能啦，分子间相互作用的势能啦，使原子与原子之间结合到一起的化学能啦，使电子和原子核结合在一块的电磁能啦，原子核的核子间的结合能啦等等，都是包含在静能中！也就是说，E包括了物体里边所有所有的能量！凡是能量都要算进来！所以，一块小小的物质，也可以包含着巨大的能量！
你上面说静止质量，对应着静能。那要是物体在运动呢，它就有速度了呀，那E有得怎么算呀？
也很简单，静能就是物体静止时所具有的一切能量，当它运动起来之时，就多了动能呀，加上去就行了。其实，不是说物体运动时质量会增大吗，只要你用那个“膨胀”后的质量乘以光速的平方，就是这个时候物体所具有的总能量啦！
这个时候，我们另外有一条更加直观、简洁的式子来计算，那就是
E2=m02c^4+p2c2
这个E呢，就是物体的总能量。m02c^4就是物体静能的平方，而p呢，就是我们熟悉的动量，p=mu，也就是质量乘以速度那个，这里m就是“膨胀”后的
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质量了。c，大家就熟悉啦，就是光速，那个299792458米每秒，或者说是30万公里每秒。
这就是相对论的能量与动量关系式。
这个式子的得来是非常简单的，只需要用到质速关系式。进行一些变形，就可以弄出来了。不过，这样“艰巨”的任务，还是交给你去完成吧！我相信你是一定可以办到的！加油哟！
看一下这个式子，我们得发扬从物理方程中找物理意义的精神！爱因斯坦曾经说，理论决定了我们所能观察到的东西！呵呵，如此说来，看懂一条方程，你将具有洞察世界的能力！
从能量与动量关系式中，我们可以看到，一个物体的总能量，其实是静能和动能之和。
当p等于0时，也就是说物体的速度u等于0时，E是物体的静能。
那，要是静能等于0呢？
可以存在这样的事情吗？
只要它还有能量，就有可能！因为，虽然你的静能等于0，但方程的右边还有一项！那一项可以不为0！
慢着，静能等于0意味着什么？！那就得静止质量为0！
你疯了？！
竟然想出这样荒唐的事情来！
非也，非也！一点也不荒唐……
先把那个式子再写一遍：
E2=m02c^4+p2c2
倘若我们让m0等于0，回发生什么事情呢？
意味着E=pc！
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意味着那个具有能量E的物质，它没有静止质量，但却在不停地运动！
存在这样的物质吗？！
p等于什么呢？
p=mu呀！而m=m0/√(1-u2/c2)！所以
p＝m0u/√(1-u2/c2)
现在m0＝0啦，而要使得p不等于0，有没有办法呢？
为了使动量p不等于0，注意一下分子、分母，运用极限的思想，当m0不断趋于0时，上面的分子不断趋于０，为了使动量p为有限值，唯一的办法是让下面的分母也不断趋于０！而要使得分母趋于０，就应该让u不断趋于光速c！
所以，当静能为０时，要使得p不等于0，这种物质就得以光速c运动！
这也就是说，无质量的粒子必须以光速运动！
慢着，我似乎想到了什么！
是的，光子！
光子就是这种以光速运动却静质量为零的粒子！
有趣！有趣！狭义相对论竟然预言了光子的存在！
理论决定了我们所能观察到的东西！
这也印证了前面我们的讨论，任何有质量的物质的运动速度都必须小于光速！回头来看一下，当一个物体不断加速时，速度就会越来越大，于是质量也就会越来越大，加速就会越来越困难！这样就会使得物体的运动速度永远小于光速。这在粒子加速实验中已经得到了证实！但是，对于那个可以以光速运行的粒子——光子来说，由于它没有静止质量，所以它才拥有这一神奇力量——以光速运行！
顺带说一句，光子虽然没有静止质量（或者说是惯性质量），但在广义相对论中，光子是具有引力质量的。所以当你看到“光子的质量”时，就要明白那是指它的引力质量。
为了可以以光速运行，你必须得付出代价！收之桑榆，失之东隅！上帝永远是公平的！
145
感觉怎样？
神奇吗？
我们还得继续向前走，冒险的路程还没有完呢！
不过，不用叫兔子了，它现在有了兔ＭＭ啦，早度蜜月去了，那小子，招呼也不打一声……
到此为止，我们已经粗略地领略了一回狭义相对论力学的风采。
我们回头来看一看前面我们所走过的征程。
为了调和牛顿力学和麦克斯韦电磁学的矛盾，我们下定决心并挑选出来了两条比较合理的原理，作为我们的“根据地”。还记得吗？那时我们还没有对它的正误做过任何的评价！只是采用“倒金字塔式”的推理，从这两条原理出发，先是得到了洛伦兹变换式（那个具有四条式子的方程），然后推导出同时性不是绝对的，而应该是相对的！并且我们发现这个结论是非常有道理的！再接下来，我们又得到了时间膨胀这样怪异的结论，而它也得到了实验的支持！长度收缩同样是那两条原理的演绎结果！而新的速度变换式不但经受住了逻辑讨论的考验，一样地也有实验的支持！接着的质速关系着实也让我们感到万分惊奇，它的后台也很硬——实验为它撑腰！E=mc2更是不负众望，成为了核物理中的基石。最令我们惊讶的是，两条原理竟然预言了光子的存在！
我想，此时此刻，你对那两条原理肯定会有了自己的看法！有了自己的评价！你已经可以回答前面遗留下来的问题了！原理究竟是对是错？
虽然我们拥有如此之多的实验证据，但是我们依旧不可以作出判决——狭义相对论是正确的！否则我们就犯了肯定后件谬论的错误了！然而，在这么多的实验事实面前，我们的信心的天平早已倾向了狭义相对论！
它不仅可以解释经典力学中低速的内容，还对高速世界作出了经典力学无法给出的准确预言！同时告诉我们其实经典力学不过是它的一个近似规律而已！
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包容旧理论的正确内容，纠正了旧理论的欠佳地方，拓展了理论的使用范畴。
这是新理论必须具备的特征！也是新理论的生命力所在！
所有这一切，使得我们越来越相信那两条原理，使得我们越来越相信狭义相对论！
是的，它应该是比牛顿力学更胜一筹的理论！
是的，它应该是一个更加精确、更加广泛的理论！
是的，现今我们应该相信它！
是的，时间、空间、质量都是相对的！
为爱因斯坦喝彩！为相对论喝彩！
荣耀当属新一代的科学英雄！
也许你已经能够认可那两条原理了，但是，在狭义相对论刚被提出来的时候，很多物理学家，包括一些很著名的大师，却是感到不能接受的。他们认为那两条原理是互相抵触的！当然了，那是因为他们依旧站在旧的时空观的立场上去看待问题，所以才造成了这种局面。
根据狭义相对性原理，所有的定律在惯性系中都应该是取相同形式的，光速不变原理也不例外。正如我们前面所做的那样，从这两条原理出发，是可以构建一个自身融洽、没有矛盾的理论体系的。对此，爱因斯坦这样说：“相对性原理和光的传播定律实际上丝毫没有抵触之处，如果系统地贯彻这两个定律，就能够得到一个逻辑严谨的理论。这个理论已被称为狭义相对论。”
好，现在，让我们站在高处，俯瞰整一个狭义相对论框架，讨论一些比较本质的问题。同时也把狭义相对论时空观那里还遗留下来的一点内容说完。
我们来看看狭义相对论的血脉问题——因果律和决定论。
因果律和决定论是经典物理学的光荣传统，在牛顿和拉普拉斯时代将自己的光彩发挥到了极至。
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因果律说，每一个事件都有它的原因，而事件本身为其结果，原因发生在结果之前。当我们看到一块石头从山顶上滚落下来时，就会很自然地认为，这个石头滚落的事件之前肯定是有原因的，这个原因可能是被其他什么物体推了一下，或者地质发生了什么变化……这是很自然的，也是很自觉的，因为因果律已经深深地在我们的思维里扎下了根！以致它已经成为了我们认识和实践的默认法则。
事实上，狭义相对论也是符合因果律的时间次序要求的。
我们又来拿出洛伦兹变换式。
t1-u x/c2
t１’＝－－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
t2-u x／c2
t２’＝ －－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
那么，
( t２-u x/c2) －( t１-u x/c2)
t２’- t１’＝－－－－－－－－－－－－－－－
------------
√（1- u2/ c2）
如果t２＞t１，表示在你的坐标系中，事件１发生在事件２之前。要是事件1说的是石头被人推了一下，事件2表示石头滚落下来。那么，这两个事件就是有因果关联的了。根据因果律，原因必须发生在结果之前，这在任一个惯性系看来都应该是成立的！所以，在兔子看来，也应该是石头先被人家推一下，之后
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才滚下来！也就是事件1发生在事件2之前。因此就要求
t２’- t１’＞0
也就是要求右边的分母大于0，
（t２- t１）-u（x２- x１）/ c2＞0
再变一下形，便会有
u[（x２- x１）/（t２- t１）]＜c2
而根据狭义相对论的要求，物体的运动速度（也就是u）必须小于光速c，而且两个事件之间的信息传递速度（也就是[（x２- x１）/（t２- t１）]）也不得大于光速！很明显上面的式子是成立的！
因此，狭义相对论也隐含了因果律的规定。
从这一个角度来说，狭义相对论也是一个经典的理论，因为，它同样有着因果律的血统，跟牛顿力学是“同源”的。
再来看决定论。
在牛顿力学中，只要你知道了一个系统的所有数据，那么你将可以对它以后的每一个时刻的状态都进行预言！你甚至可以算出它过去的、现在的或者将来的每一时刻的状态！不管是一个被抛出的篮球，还是一颗正在运转的行星，或者一台复杂的机器，在牛顿看来，它们都是严格按照力学规律来工作的，我们有能力知晓过去，洞察未来。
这是决定式的！
日月经天，江河行地。世界仿佛被设定了程序一般，运行不息。运用经典理论，我们可以推算出几百年后的一次日食，时间甚至精确到秒！
这一切，都是决定论的荣耀勋章！
是的，所有物体的运动都是由自然规律控制的，没有半点商量的余地！从你诞生的那一刻起，上帝已经为你安排了每一个细节，你什么时候做什么，都是注定的！没有自由意志的余地！因为，这是一个规律掌管的世界！
这种决定论是牛顿方程数学结构的直接推论。所以人们也形象地将上帝比喻
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成一个钟表匠，它只不过是上好了链条，之后那个钟表式宇宙就按照规律“滴答滴答”的运转开来。这就跟16世纪欧洲宗教改革时加尔文的先定论有点相似了。
在牛顿的定律里，世界是被决定论支配的。
然而，爱因斯坦的相对论也继承了这一传统，不管是狭义相对论，或是广义相对论，骨子里都有决定论的精髓。
在爱因斯坦的理论里，世界也是被决定论支配的！
是的，上帝只不过是在创世的那一刻启动了宇宙，之后就不再进行干涉，而让世界按照规律来运转，所有一切早已命中注定，世界是决定式的！
所以，爱因斯坦说：“上帝是不掷骰子的！”
从因果律和决定论的角度来说，狭义相对论当然属于一个经典的理论！
然而，这与20世纪物理学的另一支柱——量子力学却是矛盾的！关于这个问题，我们后面再继续说。
狭义相对论确实比牛顿力学向前迈进了一大步，但终究还是摆脱不了经典传统的束缚。
一种不祥的阴霾开始萦绕心间……
看过狭义相对论的因果律和决定论的问题，我们再来看看另外一个问题——闵可夫斯基四维时空。
从洛伦兹变换式的最后那个式子中，也就是时间t的那一个，我们可以看到，在式子的右边其实是有一个关于空间x的量的。这就意味着，时间不再是像牛顿力学所认为的那样——是绝对的，与地点无关！而应该是相对的，时间可能会因为空间地点的不同而有所差异！这就有一种时间和空间“纠缠”在一起的意味了！
在狭义相对论发表之后，约在1907年，爱因斯坦在大学的老师，德国的闵可夫斯基（Hermann Minkowski，1864—1909）就将在经典时空观中原本分家的空间和时间放到了一起，用四维来表示时空——（x，y，z，t）！ 150
插一些闵可夫斯基的逸事。
闵可夫斯基1864年6月22日出生，是家里的老三，有两个哥哥。其中二哥就是大名鼎鼎的“胰岛素之父” 奥斯卡?闵可夫斯基（Oscar Minkowski）。闵可夫斯基从小就表现出了极好的数学天赋，被唤为神童。1873年，闵可夫斯基进入艾尔斯塔特预科学校读书，仅仅用了五年半时间就完成了八年的学业。尤其值得一提的是，自古英雄出少年，1882年，年仅18岁的闵可夫斯基与英国著名数学家亨利?史密斯（Henry Smith）共同解决了一道由法国科学院悬赏的数学难题，从而获得了法国科学院的一个奖项，这在当时引起了极大的轰动。1897年，闵可夫斯基和妻子 Auguste Adler结婚，生有两个女儿。“天妒英才”，1909年1月10日，闵可夫斯基突然患上急性阑尾炎，经抢救无效。1月12日，人类又一颗巨星陨落，闵可夫斯基时年45岁。
闵可夫斯基不仅在数论、代数等方面做出了很大的贡献，在物理历史上也举足轻重。他在波恩大学任职时，就曾经协助著名物理学家赫兹来研究有关电磁波的理论。在爱因斯坦发表了狭义相对论之后，他首先意识到了这位曾经的学生的新时空观的重要性，同时对这个以前经常缺课而又懒惰的学生感到惊讶。1907年10月，闵可夫斯基说到：“以光的电磁理论为开端，在我们的时空观念中，一个彻底的变革似乎发生了。”第二年，在科隆的第80届德国自然科学家与医生大会上，他又发表了关于空间和时间的演说，里边提到“现在我要向你们提出的时空观是在实验物理学的土壤上产生的，其力量就在这里。这些观点是根本性的。从现在起，孤立的空间和孤立的时间注定要消失成为影子，只有两者的统一才能保持独立的存在。”他提出了以他的名字来命名的“闵可夫斯基四维时空”，对相对论的发展起到了相当大的促进作用。
为了纪念这位伟大的科学家，人们用闵可夫斯基的名字来命名12493号小行星……
每当我们仰观星辰，会不会再想起这位人类伟大的旗手呢？
回到正题。
151
平时我们都是用三条互相垂直的坐标轴来表示空间，再用坐标轴上的读数来表示空间中的一点，比如说（x，y，z）。这样做的原因也是显而易见的。我们就生活在一个三维的空间中，而站在经典的时空观上，时间又是绝对的，对每个地方都是一样的！所以，我们根本不需要写上时间，因为大家的都是一样的，大家都会清楚！然而，在狭义相对论中，时间不能脱离空间独立存在了，它是相对的！每个人的都不一样，它必须依赖空间！所以，时间就和空间分不了家了，于是当我们表示一件事情时，就不仅要写出（x，y，z），还必须得加上自己的时间t！
这样四个坐标的话，用数学的语言来说，就是四维的了！
是的，时空是四维的！
慢着，四维是什么玩意儿来的？
二维用两条互相垂直的坐标轴表示，三维就用三条互相垂直的坐标轴来表示，那四维呢？应该是用四条互相垂直的坐标轴呀！可是，想想看，你想象得出来是什么样子的吗？
No！无可想象！
确实，现在还真没有人想象出四维的直观、形象模型来！你可以努力去想，要是真想出来了，那可就是世界第一呀！不过，通过抽象的数学，我们却可以轻松地研究四维时空，甚至是更高维数空间（在当今流行的弦理论中，已经发展到了十一维了！）的相关性质，神奇吧？这就是数学的魅力！
而为了使得时间坐标可以和空间坐标完美地“混”到一块，闵可夫斯基玩了一个美妙的把戏——为时间坐标“整容”。毕竟时间坐标跟空间坐标还是有区别的是吧？要想把他们放到一快儿，又要能够起到作用的话，可不是直接往那儿一搁就行了。得从数学手段出发，对t进行改造！
闵可夫斯基把t换成了ict。i呢，就是虚数单位，也就是√-1。而c则是光速，这是老生常谈了。
这样做之后，闵可夫斯基就以一种优美的数学形式，揭示出来了三维欧几里得几何空间同新的物理时空连续区之间的形式关系。
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你也许会问，为什么呢？为什么要这样做呢？
答案很无奈——在这里说不明白！因为，要真正说清楚这个事情，不得不花费大量的篇幅，还附加上一大堆枯燥的数学！所以，在这里就免去了！
不过，有个好消息是，你可以不完全了解闵可夫斯基四维时空，也依旧能够了解狭义相对论的一些结论、观念。爱因斯坦是这样说的：“闵可夫斯基的学说对于不熟悉数学的人来说无疑是难于接受的，但是，要理解狭义或广义相对论的基本观念并不需要十分精确地理解闵可夫斯基的学说。”
所以，对于闵可夫斯基四维时空，我就粗略地做一下简单的浏览式介绍算了，要是仅仅作为了解和消遣的话，你只需知道有这么一个东西也就可以了。
在历史中，闵可夫斯基四维时空的出现，促进了人们更加充分地认识狭义相对论的意义，同时还推动了狭义相对论的传播。虽然在狭义相对论体系中，闵可夫斯基时空显得不太重要，不过要是没有了它，广义相对论恐怕就根本发展不起来！
现在，时空已经成为一个四维的统一体了！
是的，时空是四维的！三维的空间加上一维的时间！
确实，四维对于我们来说真的是太不熟悉了。我们以前只注意到长、宽、高三个维度，就算绞尽脑汁也想不出第四个维度来呀！
但是，有一些方法是可以帮助我们稍微了解一下四维空间的性质和轮廓的，其中就包括——
类比方法。类比方法是人们进行科学研究或者平时思考问题时的一种有效方法，数学家波利亚（Polya）是这样评价它的：“类比是一个伟大的引路人！”类比说的是，当事物A有这些性质，而事物B也有类似的性质时，通过合情推理，我们就可以类比猜测事物B应该也有事物A的其他性质。
举个例子，火星像地球那样，都是太阳系的一颗行星，而且大小也和地球比
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较相近，也有四季的更替，而且一些时候的温度同样适合生物生存，火星上还发现了一些可能存在水的证据。由此可见，火星具有很多和地球相似的性质，而地球上存在生命，于是人们很自然地就会类比猜测：火星上应该也有生命现象！
当然，类比得出的结果不一定见得就是正确的。但是，它无疑也是很有意义的，它可以给我们指出一个前进的方向。所以，开普勒（还记得他吗？我们前面提过他）曾说过：“我珍视类比方法胜过任何其他的事物，它是我最信任的老师，它最能揭示大自然的秘密。”
好，为了更加熟悉四维空间，下面我就用类比的方法给大家说两个例子，如果你还有兴趣的话，就可以沿着这样的思路继续地思考、想象，我想，只要你不断地努力，就算最终还是找不到四维空间的模样，但可以肯定的是，你对它的认识一定长进了不少！
我们先来看一个囚徒的例子。
我们知道，点是零维的，线是一维的，面是二维的，体则就是三维的了。
好，在线的世界里，也就是一维的世界里，只有长度，而没有宽度，更别说其他的维度了。假设在一维世界里，有一个王国，为了惩罚那些做了坏事的罪人，国王把他们囚禁到监狱里，让他们悔过自新。我们来看一下，这是一个怎样的监狱。
在直线的世界里，假设人就是一段线段吧，为了可以限制他们的自由，只需要在他们的两边筑起两个“钢铁点”就行了。这样一来，囚徒们就跑不出去了，因为他们只能够左右移动，只能在线里面活动，而不能跑到线的外面去！所以，只要在左右的方向上建造两个“坚硬”的点，他们就只能乖乖地接受惩罚，而不会越狱了。
然而这样的事情要是给二维的人们看见了，就会嘲笑他们智力低下！因为，住在面上的人们呀，比线上个居民多了一个活动维度——宽！他们不仅可以左右走动，还能够上下奔跑呢！所以，二维的人们就会对一维的囚徒说：“其实呀，你们只要往上跑，就可以自由啦！”线上的囚徒一脸疑惑：“什么？什么叫做往上
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走？我从来没有听过，我只知道左右走！” 于是，二维的人就把“线段人”往宽的维度上一提，就把他救出来了。
非法劫狱，二维的那个人结果触犯了法律，也被关进了大牢里！我们又来看一下面上的监狱是怎么样的。我们知道，二维的人类可以左右移动，也可以上下乱跑。所以，如果要关住他们的话，就得在这两个方向上做文章。于是，二维的囚徒被关进了一个正方形中，四条“钢铁边”果真限制了他的自由，哎，早知如此，何必当初呢？
但是，三维的小朋友都会取笑他的无知。为什么呢？三维的人说：“其实呀，你只要往高度上一跑，就可以自由啦！”面上的囚徒也是一脸疑惑：“什么？什么叫做高度呀？我平时只听过长度和宽度！”无奈之下，三维的人就把他往z轴方向一提，真的把他救出来啦！
没有办法，三维的那个小伙子也被关进了天牢中。这个监狱就是我们平时熟悉的啦，走进一间房，六面都是墙！世界没有后悔的药呀！
类比一下，跟前面的剧情一样。每一个高一维的人类都会觉得比他低一维的囚徒可笑，因为他们比其少知道一个维度。
根据类比的思想，我们可以知道，在四维空间的人类除了长宽高，应该还知道另外一个维度！而他就可以在那个维度上将三维的小伙子就出来！
那个维度是什么呢？你来想一想！
再来看一个正方体的例子。
一天，三维世界的一个数学家为了研究某个问题。他做了一个正方体，并把它投影到一张纸面上。住在纸面上的人们看到他们的世界突然出现一个奇怪的事物，一时间丈二和尚摸不着头脑。
如图，二维的居民看到了一个正方形，里面又套着一个正方形，然后八个顶点又被对应联结了起来。还好，二维世界有一个相当聪明的数学家，他看了之后，说道：“这是三维的一个正方体投影到我们世界的影象。”然后，他向大家解释起三维正方体的一些性质来。
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“看到了吗？正方体应该有12条边，你们数一下。然后，它应该有8个顶点，是吧？在三维世界里，物体可以由我们的面围起来，组成一个所谓的’体’。很难想象是吧？因为我们是二维世界的生物！而正方体有多少个面呢？你们注意看一下，先是一个大的正方形，这是一个面；之后一个小的正方形，又一个面；再看两个正方形之间的地方，又有四个面，是吗？所以，加起来，正方体总共应该有6个面！”数学家耐心的说道。
上面就是二维的人们推测三维正方体的思维过程。
假设有一天，三维世界的人们也发现了一个四维的“超正方体”在他们世界的投影。那会是怎样的呢？
与上面的例子类比。
如图，一个大的正方体里面套有一个小的正方体，然后对应的顶点也被联结了起来。是的，这应该就是一个“超正方体”在三维空间的投影影象。
也依据二维数学家的思路，我们来粗略看看“超正方体”的一些性质。
先数一下边的条数。一个正方体就有12条边，两个就24条。再加上那些联结顶点的边，一共是32条边，或者说是32条棱！
顶点呢？8个顶点再加8个，总共是16个顶点！
来，再来看看面的个数。两个正方体，一个6个面，所以已经有12个面了。再看那些联结处，好象是六个棱台放到一起，数一下那些还没有数的面，一共是12个！所以，“超正方体”应该有24个面！
总结一下，“超正方体”有32条棱，16个顶点，24个面！厉害吧？
你能够想象这样一个“超正方体”吗？
我们已经看了两个例子，相信你也可以初步地感受了一下四维空间的神奇，也领略到了类比方法的威力。如果你对四维空间，或者更高维的空间充满了好奇，充满了向往的话，不妨继续采用类比的方法，进一步了解四维空间或者更高维的
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空间。
其实呀，要是我们真的掌握了在第四个维度上移动的方法，那么我们就可以神不知鬼不觉地救走监狱里的囚徒，或者轻易地偷走银行里的资金……说不定那时候，又会多一种警察——专门打击在第四维度干坏事的警察。呵呵。
不是说我们是生活在四维的时空里面的吗？那么照理说，我们就是四维的人类呀！那我们不是天生就具有劫狱的能力了吗？可是，为什么我们却没有发现呢？
是的，我们确实生活在四维的时空！第四个维度就是——时间！
然而，在时间那一个维度上，现在还没有我们说话的权利！你看，人的一生，只能从一个婴儿开始，最后走向坟墓！有谁可以反过来，或者说是半路就折回来而返老还童呢？是的，我们只能被迫不断向前走，我们还从来无法抗拒时间的驱使！（这涉及到一个时间箭头的问题，就是时间到底有没有方向，可不可以反过来的问题。这也是一个相当有趣的问题，读者不妨去了解一下。）
所以，我们到现在都还没有掌握在第四维度——时间上自由走动的方法！要是真的实现了，那就成为时间旅行了！呵呵！你在2007年把他关进了监狱，那我带他在时间维度上走动一下，去到2000年，那时候你的监狱都还没有建成，这样我就成功带他逃离监狱啦！
再来看“超正方体”。二维的正方形沿着z轴方向移动一段距离，就会成为我们的正方体！同样道理，我们的正方体在时间维度上移动一段日子，也就成为“超正方体”了！
看一下，正方体从2006年出发，随着时间的推移，来到了2007年。它的轨迹就是“超正方体”！我们来看一下，从这个角度出发，算得的点、棱、面的个数是多少。出发处（也就是2006年的那个时刻）有8个顶点，终点处（2007年的那个时刻）又有8个顶点，所以一共是16个顶点！棱呢？出发处有12条，终点处又有12条，移动过程中，每个顶点又“划”出一条棱，所以最后是12+12+8=32条！对于面，出发时6个，到达时6个，中途每条棱又“划”成一个面，所以是
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6+6+12=24个！
跟前面得到的数据一模一样！
是的，第四维就是时间！
从这个角度出发，你可以更加容易理解四维世界！你1岁时，拍一张三维的照片；2岁时再拍一张；之后每一岁都拍一张，一直到现在。然后，把这些照片按时间顺序排列起来，就有点四维世界的味道了！
通过这些讨论，也许你会对四维时空有了更深一点的认识。
但是，时间旅行依旧还没有实现。而关于一些时间旅行的理论上可行的方法，那涉及到广义相对论的问题，在这里就不越俎代庖了，就此打住吧。
好，关于狭义相对论的一些怪异的结论，我就说到这里。
现在，让我们回头来看一下，我们一路风雨兼程地走来，究竟翻过了多少崇山峻岭，渡过了多少艰难险阻。我们的理论结构是怎样的呢？
回首一瞥，这一路确实不容易呀！
我们从两条原理——狭义相对性原理和光速不变原理出发，先是通过数学推导出洛伦兹变换式，并且还对它进行了一些讨论。接着，把洛伦兹变换式作为新的起点，先说了狭义相对论时空观的问题，包括同时性的相对性呀、时间膨胀呀、长度收缩呀，还有新的速度变换式。然后我们又了解狭义相对论力学的相关内容，质速关系式是我们的第一站，之后在此基础上讨论了相对论力学的基本方程，然后来到那条扬名四海的E=mc2公式，再是更加普遍的E2=m02c4+p2c2，并且还对它进行了讨论，得到了光子的预言。最后，我们领略了有关因果律和闵可夫斯基四维时空的问题。
想一下，这一切都是从那两条简洁的原理中孕育，并“生长”起来的。把这种结构比喻成一个倒金字塔就再合适不过了。
从一点出发，逐步演绎出整一个逻辑体系。
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源于欧几里得，成就爱因斯坦。
源于几何学，成就相对论。
这样一来，我们可以用一个图表来总结这个“倒金字塔式”的理论结构。
（请看图片）
这就大体是我们的理论结构了。
不过，我们的冒险旅程可还没有结束，还有挺长的路呢！大家打起精神，接着往下走！
为了帮助大家复习一下狭义相对论的奇谈怪论，接下来将带大家来到爱因斯坦大球场去观看一场相对论世界的足球赛。请注意，这里所有的规则都源于狭义相对论，而不是经典力学，也不是广义相对论，更不是量子力学……
好，已经买好门票了，进去吧……
我们先来看看对阵双方的11人大名单。
经典物理学明星队（4321阵形）：
前锋：25牛顿（队长）
前腰：14第谷 27开普勒
中场：17布鲁诺 19哥白尼 14惠更斯
后卫：15伽利略 13麦克斯韦 31笛卡儿 20玻尔兹曼
门将：18胡克
20世纪物理学明星队（442阵形）：
前锋：14爱因斯坦（队长） 23普朗克
中场：13洛伦兹 29庞加莱 12薛定谔 5海森堡
后卫：8霍金 15德布罗意 19麦克尔孙 28王淦昌
门将：7玻尔
（以上球衣号码均取自各物理学家的出生日期，如爱因斯坦生于1879年3
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月14日，所以取为14号。唯一例外的是，由于没有布鲁诺的生日，只好选择了他的忌日。而惠更斯的和第谷的出现重复，不过在这里不要紧吧。）
我们来评价一下双方的阵容。
首先是经典物理学明星队。牛顿作为经典物理学教皇级人物，恐怕没有人敢表示异议，所以作为队长是实至名归，毋庸置疑。而一位如此厉害的强人担当前锋职位，确实令该队极具杀伤力。而第谷和开普勒师生搭配担任前腰，肯定会为我们带来精彩绝伦的配合。中场由“地心说”门派掌柜和波动师祖看守，绝对不可忽视。经典物理学明星队的后卫可谓人才济济，雍容华贵。伽利略，近代科学之父，光是名称就已威震八方，看你还怎么进攻射门！麦克斯韦，上帝诗篇的缔造者，人们永远不会忘记他曾经那四脚诗歌般的方程式解围！笛卡儿，脚踏物理学和数学两个王国的土地！玻尔兹曼，热力学中熵公式的发现者，具有极好的防守能力。而门将胡克，曾经担任皇家学会会长，双手灵巧敏捷，制造了很多器械，包括显微镜，这样的巧手天才把守大门，相信是滴水不漏！
再来看看20世纪物理学明星队。这支队伍天才的球员极多，本次出征主要挑选了状态较佳的队员前来，不用看别的，光是去瞧瞧替补席，就足以让你大跌眼镜！队长爱因斯坦与量子鼻祖普朗克携手出击，20实际两大物理支柱的掌门人联袂演绎，没有理由不杀个天崩地裂，试问有谁能挡？洛伦兹和庞加莱虽然思想不太跟得上队长的步伐，但就算不是“革命派”，也归于“维新派”吧，人们不会忘记曾经他们距离登顶只有一步之遥，相信今朝可以一洗前辱，成就神话。而中场另有量子力学的两大精英薛定谔和海森堡坐镇，一个是波动方程的书写者，一个是矩阵力学的开拓者，势必会上演一场绿茵好戏。而后卫阵容一样毫无逊色，霍金，伤愈复出，人们绝对不会忘记他的黑洞防守，来者皆破，一夫当关，万夫莫开呀！德布罗意，天才少年，曾经受到爱因斯坦的嘉奖，小小年纪早已闯出一片天地，别具一格的波粒二象性防守，是人都吃不消！麦克尔孙，洒下了当年那场摧枯拉朽的革命的种子，不折不扣的破坏者，特别令经典物理学的队员头疼！王淦昌，来自东方的核物理学家，反Σ超子的发现者，在前面的旅途中也被
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提过，近来状态极佳。（作为一篇用中文写成的文章，作为一个中国的作者，执意要让一个龙的传人在这样一个大舞台亮相，恐怕不算过分吧？也希望若干年后，真的有一位同胞成为这样一支队伍的队长！）玻尔，量子力学的教父，哥本哈根的领袖，从小喜欢足球，一直担任门将的角色，肯定不会让我们失望！
双方队员在球童的陪伴下，徐徐进入球场。
爱因斯坦手里拿着锦旗，望向远方，大有处世不惊之状。牛顿伸手弄了一下自己的长头发，脸上显得很平静。玻尔不愧是历经沙场的老将，杀气重重。胡克用力拍了拍手掌，脸上闪过一丝微笑。霍金从轮椅上站起来，很就没有踏在绿茵场地上了，抑制不住的兴奋油然而生，蹦蹦跳跳。布鲁诺给我们的永远是那种视死如归的神情。和一帮巨星一起，王淦昌难免会有些紧张，但又流露出了那种小孩子般兴奋的笑容……
一场没有硝烟的战争即将拉开帷幕。
风起云涌，气势如虹。
鹿死谁手？拭目以待。
裁判是来自古希腊的数学家欧几里得。这位仁兄，据说生平不详，只为这个世界留下了一本书和两句话。这本书就是名垂青史的《几何原本》，而那两句话呢，分别为——
“在这里，皇帝没有特权！”
“请给这个小伙子三个硬币，因为他想从几何学中得到实际利益！”
好一个“在这里，皇帝没有特权！”，就凭这句话，足以胜任我们今天的裁判！虽然当时他是站在几何学的立场上说的。
裁判上前，跟两位队长谈话，抛硬币选择开球权。欧几里得说道：“对于所有的惯性系来说，规则都是一样的，清楚了吗？所以，今天我将严格按照狭义相对论这一套规则办事！希望你们明白！注意，在这里，皇帝没有特权！”
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经典物理学明星队先开球。
裁判对好钟表，“Bi——”开场。过了一会儿，又响起了紧急的哨音。裁判示意重开，刚才的开球不算。
原来，足联打来电话，问为什么时间还没到就开始了。
噢，同时性是相对的！世界没有统一的时间，在裁判那里是8：00了。但是，在足联那个地方却还是7：55！当然就认为你提前开场啦！
牛顿一脸迷茫，非常不解。不过，无奈的是，这次的规则不是他的经典力学……
于是，足联的官员亲自来到球场，再次对好时间，之后，开场！
双方球员你争我抢，好不热闹！你在中场左冲右突，连过数人；而我一脚飞铲，插花带球；观众也激动地站起来狂呼……
牛顿喊道：“Come on！看我无限大速度传球！”转眼间球就到了麦克斯韦的脚下。
“Bi——”裁判上前，出示了本场比赛的第一张黄牌，给予警告！原来，按照狭义相对论的规定，球速必须控制在光速c以下！
……
爱因斯坦带球，插花，过人，好生漂亮！速度太快了！“哦——”全场一阵惊愕。只见爱因斯坦既然变扁了！变扁了！而且动作也越来越慢！仿佛慢镜一般！喂，老兄，那是足球吗？还是橄榄球？！
听到声音，爱因斯坦环顾四周。妈呀！怎么队友们的速度那么慢呀？快点过来呀！接应呀！哇！观众们都变扁了！
管它呢！快到底线了！豁出去了！一脚传中！
球传出去后，爱因斯坦减速下来，身体形状又恢复了正常，动作也快多了！
普朗克飞一般冲向前，试图一头冲顶！却够不着！
原来，速度太快了，质量增得太大，跳得没有以前高了！
全场没有人触到了爱因斯坦的传球，球飞出了底线。Corner！角球！
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霍金斩出角球，伽利略争到了第一点，化解了险情！
……
开普勒一脚怒射！还好玻尔身手敏捷，稳稳地将球扑住了！
玻尔站起来，对薛定谔喊道：“看我不确定性！薛兄，接住足球波！”
“好的！波函数坍塌！”薛定谔一拖一拉，将球控制在脚下。
“Bi——”裁判冲了过来，看来又要吃牌了！裁判掏出了一张黄牌，分别给了玻尔和薛定谔警告。“请遵守狭义相对论原则！在这里，皇帝没有特权！”
……
观众一个个都坐不住了，纷纷站了起来，不是说90分钟的吗？怎么踢了三个小时都还没结束呀？！可是一看裁判的表，又确实还没到时间！
原来，裁判和队员一直在奔跑，时间膨胀了，时间过得比我们观众慢！
“Bi——”90分钟“终于”结束了。双方实力相衡，互交白卷，0—0。
休息15分钟后，进入30分钟的加时赛。
……
王淦昌快速带球，再加一脚长传。
“球速超过了光速！”牛顿对着裁判喊道。
“对不起！按照这里的速度合成规则，球速不再是简单的相加！所以依旧在光速以下，不信你自己算！并且，如果达到了光速，那么在所有的人看来，都是光速！我自然会看清楚，请不要多嘴！在这里，皇帝没有特权！”欧几里得嚷道。
……
30分钟结束后，双方依旧没有进球。还是0—0！
无奈，进入残酷的点球大战！
……
20世纪物理学明星对先射，而胡克守门。
爱因斯坦小心翼翼地摆好足球，走到禁区外。扭动一下身子，做了一下热身运动。准备小跑加速……
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胡克上下跳动，不断地拍手，也在热身……
突然，晴朗的天空一下子黑暗了下来！所有人都不知发生了什么事情！
只见天空祥云弥漫，红光满天。赤橙黄绿青蓝紫，星火四溅，光彩夺目，熠熠生辉。石燕齐飞，商羊鼓舞。鼓声震天，诗歌传诵，此起彼伏，异香洋溢。（这些和上帝一搭配，有点中西结合的味道，呵呵）
“哈哈——”伴随着一阵笑声，上帝出现了。
“这场比赛没有胜负！不管是牛顿力学也好，还是相对论也好，都不会是我创造和维持这个世界的秘密！你们永远不会找到我的方程式！哈哈——”
之后，上帝抛出了一个足球。那个足球在天空中忽悠了一番，直直撞向了禁区里边的那个足球，两者一接触的瞬间，有如梁祝化蝶，放出了万丈光芒，照亮天际，与此同时，足球和上帝一同消失了……
天空又恢复了刚才的晴朗，好象什么都没有发生过……
原来，上帝抛出的是一个反物质足球，当它与这些物质相遇之时，将全部质量转化成了巨大的能量……
所有球员都呆坐在草地上，苦苦琢磨着上帝的言语……
回到现实中来。
一开始不被人信服、理解，在嘲讽中成长，最后赢得世人无上的赞赏和荣耀。
这是诸多理论的必由之路。
这是老话了。前面我们已经看到，哥白尼的“地心说”是这样，伽利略的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》也是这样，牛顿的万有引力还是如此，麦克斯韦的理论也难逃宿命……
而狭义相对论也同样走不出这种“怪圈”。
其实，只要细心思考一下，出现这种现象也是很正常的。
先入为主，旧的理论往往会在人们的思想沃土上扎下深深的根。而人类更是
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一种有感情的动物，安土重迁，这似乎是我们的本能！可曾记得那些被强制搬迁离开故土的面孔和神情？谁愿意离开那个熟悉的家园？人类总是无意识地固守在旧思想上。这样的惰性思想、感情，更是加大了新理论起义的难度！任何一个新的理论想要推翻旧的政权，都不会是轻而易举的！相反，它必须得花去很长的时间，通过很大的努力。等到旧理论的缺点和不足严重地暴露出来，而自己的优势又显现开来之时，才会真正得到人类的认同，方会有翻身的机会。
但是，真金不怕火炼。只要是正确的思想，它最终还是会得到人类的认可的。这，究竟是真理的顽强生命力所致？还是应该说是人类的一种幸运呢？
1905年狭义相对论横空出世之后，一样地并没有得到人们的重视，甚至受到了很多的质疑和批评。
在法国，在爱因斯坦1910年的访问之前，几乎没有人提过他。直到1924年，还没有一所学校介绍过狭义相对论。在美国，情况更糟，狭义相对论在这里几乎被口水淹灭。而在英国也好不了哪里去，固守藩篱的人们甚至掀起了一场“保卫以太”的运动。德国的情况还稍微好一点，至少还有支持者，而且人们不管支持或反对，都是非常认真地对待狭义相对论的。
那时候，人们依旧死抱以太不放，认为以太是物理学必需的，没有以太，物理学根本就发展不了！
“以太并不是思辨哲学家异想天开的创造，对我们来说，以太就象我们呼吸的空气一样必不可少！”J.J.汤姆逊的这句话就是那个时代最强烈的呼声。
但是，我们在爱因斯坦的理论体系中，根本就找不到以太的影子，也根本不需要它的存在！
如果你看过狭义相对论的论文——《论动体的电动力学》的话，你会发现，其实里面的文字和数学推导都是极其简单的，尤其是A部分，也就是运动学部分。但是，为什么当时那么多物理学家都好象是看不懂呢？
说到底，是那种“安土重迁”、“ 固守藩篱”的思想所致，这在很大程度上也是潜意识的，他们宁愿固守错误的思想，也不愿意看到自己一手创建起来的旧
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大厦的轰然倒塌。他们总是站在依依不舍的旧立场上看问题，自然就得出新理论存在问题的结论。
然而不幸的是，历史是不会按照人的主观意识去发展的。
到了今天，狭义相对论已经是家喻户晓、妇孺皆知了。
相对论也获得了历史赋予它的位置——20世纪物理学支柱之一。
回到爱因斯坦身上。
1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论，创造了一个奇迹年之后，依旧回到伯尔尼专利局上班。（为什么会这样？你结合上面狭义相对论刚发表时的命运思考一下就会明白了）
但是，爱因斯坦还是很快遇到了知音。在这期间，他收到了普朗克的来信，信中高度赞扬了爱因斯坦的工作，还将他的工作与哥白尼的相比。可想而知，这给了爱因斯坦多大的安慰和鼓励呀！
1906年，爱因斯坦被提升为专利局的二级技术员，工资也上涨了。
随着时间的推移，相对论渐渐得到了越来越多人的关注和理解，其中包括法国物理学家和诺贝尔奖得主朗之万、法国物理学家和诺贝尔奖得主维恩教授、恩师闵可夫斯基……当然，这些与普朗克的支持和宣传有极大的关系。
1907年，柏林大学的讲师、普朗克的助手劳厄亲自前来伯尔尼拜访了爱因斯坦。两人一见如故，相当投机。劳厄后来还出版了几部专著介绍相对论，包括1921年的《相对论》，为相对论的推广作出了很大的贡献。
1907年7月6日，普朗克来信，表示希望来年可以到伯尔尼与爱因斯坦见面。
1908年，在多位著名物理学家的极力推荐下，爱因斯坦受聘担任伯尔尼大学的编外讲师。至此，这位之前一直在学术殿堂外徘徊的天才终于加入了学术界这个大家庭。
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1909年，日内瓦大学邀请爱因斯坦出席350周年校庆庆典，并授于他荣誉博士荣衔。同年9月，爱因斯坦在德国自然科学和医生协会第81届年会上作了关于相对论的报告，并且见到了来访的普朗克，两位巨人的手紧紧握在了一起，感慨万千。10月，在教授克莱纳的不懈努力帮助下，最终战胜了委员会的种族偏见，爱因斯坦回到了母校苏黎世联邦工业大学（ETH）担任副教授。据说这是该校自建立以来首位犹太籍教授。至此，他告别了工作近9年的专利局，踏上了大学教授的生涯。
荣耀和敬意如潮水一般涌来，爱因斯坦业已成为了物理学界的一颗明亮的新星。
1911年，爱因斯坦收到了创建于1348年的奥匈帝国布拉格大学的正教授的聘请书，同时大学还应允为他建立一个理论物理教研室。在推荐书中，普朗克将爱因斯坦比作“20世纪的哥白尼”，这是多么合适的比喻呀！4个世纪前，人类的异端分子哥白尼揭竿而起，拉开了反对“地心说”的序幕，为人类的进步作出了伟大的贡献！而今天，人类的又一位异端分子，再一次不畏权威，推动了物理学的发展进程，这也是不可磨灭的功劳呀！
1911年，第一届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开。会议众星云集，来者包括了爱因斯坦、洛伦兹、庞加莱、朗之万、卢瑟福、普朗克、居里夫人……由于相对论已逐渐获得了人们的认可，也初步得到了一些实验结果的支持，爱因斯坦成为了会议一个引人注目的焦点。会议的题目是——辐射理论和量子。会议以洛伦兹的经典物理学报告开场，在爱因斯坦的量子论报告中落幕，这仿佛预示着这个物理学交接的年代！而之后的各届索尔维会议更是留下了一些号称“物理学明星队”的全家福。
1912年秋天，爱因斯坦离开布拉格大学，再次返回ETH，不过这次已经是正教授的头衔了。
1913年，在普朗克和能斯特（我们在前面的旅途中也遇过他，就是在那个热力学的英雄榜中，能斯特是德国著名的化学家，也是诺贝尔奖获得者）的极力
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邀请下，爱因斯坦成为了普鲁士皇家科学院的院士，并于翌年来到柏林。在多篇文章和多次演讲中，爱因斯坦都指出狭义相对论需要进一步发展。
在狭义相对论发表后，爱因斯坦始终没有停止过对广义相对论的努力。十年磨一剑，爱因斯坦最终在1915和1916年间发表了广义相对论，对狭义相对论做了推广，提出了新的引力理论，并且得到了时空弯曲等超乎想象的概念，将物质、运动、空间和时间结合到一个逻辑整体。
下面，让我们简单来了解一下广义相对论。
和狭义相对论类似，人们也将广义相对论的基础归结到两条原理——广义相对性原理和等效原理。
我们前面已经说过，狭义相对论还遗留了两个问题没有解决。一是非惯性系的问题；二是引力的问题。最后，广义相对论给出了这两个问题的答案。
还记得吗？在狭义相对性原理中，我们说物理定律在任何惯性系中都是相同的。
这个原理其实包含了两个意思。其一，所有的惯性系在描述自然规律方面都是等效的。也就是说，无论是在哪一个惯性系，它们的物理定律都是能够准确地描述现象的。而事实上，在惯性系里面，物理定律将会是最简单的形式。
其二，惯性系都是等价的。这就意味着，所有的惯性系都是一样的，不可区分的。只要你闭上眼睛，你将不清楚你究竟是在一辆静止的客车上，还是在一辆匀速直线运动的客车里面。
我再强调一次，狭义相对论说的是惯性系！上面提到的都是惯性系！
但是，只要你稍微细心一些，对美的领会稍微强烈一些，你必定会问：为什么呢？为什么一定要在惯性系中才可以等效的描述物理规律？
为什么会存在一种如此特殊的参考系？
为什么没有我非惯性系的份？
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再说了，放观四海，哪里不是我非惯性系的天下呢？绕日运转的地球，汹涌澎湃的巨浪，一泻千里的瀑布，忽卷忽舒的浮云，随风飘荡的落叶，活泼嬉闹的孩童……更常见的都是非惯性系呀！而惯性系则几乎没有见过！
没有理由呀！相对论竟然无法描述占我们世界大部分的非惯性系！
站在美学的角度上，这是绝对不可允许的，这是绝对没有道理的，这是残缺的，这是破碎的！
我们的理论应该可以描述整个世界！我们应该把整个世界统一起来！
所以，我们要推广狭义相对论！我们要得到一个可以描述整个世界——包括惯性系和非惯性系——的理论！
而推广也不是说干就干的！我们还要细细分析一番，找到推广的方向，才会得到正确的推广内容。
首先，我们应该推广狭义相对性原理，因为它毕竟只囊括了惯性系这样一个狭窄的范围。
但是，是不是说直接把那个原理中的“惯性系”换成“非惯性系”就行了呢？
恐怕没有这么简单吧？
我们试一下，“物理定律在任何非惯性系中都是相同的”。
这样一来，就会有两层类似的意义，一是所有的非惯性系在描述自然规律方面都是等效的，二是非惯性系都是等价的。
很明显这是有问题的。非惯性系都是等价的？你试试看，坐过山车跟坐缓缓启动的地铁是不是一样？看你是不是不可区分？就算你闭上眼睛也没用呀！
所以我们不能说非惯性系都是等价的！
但是，第一层意思我们似乎可以保留！
所有的非惯性系在描述自然规律方面都是等效的！如果真是这样的话，我们并不要求非惯性系都是等价的，而只不过是说在任一个非惯性系都可以一样有效地去描述我们的自然规律。细细再想一下，没有问题吧？
不过，推广就应该把之前的东西也囊括进去，千万不要“捡了西瓜就丢了芝
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麻”哟！不要忘了惯性系！
所以，爱因斯坦是这样推广的——
所有参考系，不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表示普遍的自然界定律）都是等效的。
这就是广义相对性原理。
这样一来，非惯性系就被赋予了强大的能力，它们都是能够准确地描述物理现象的，不会由于非惯性系的不同，造成不能描述自然规律的事故。不管你是张三，还是李四，你坐过山车也好，地铁也罢，都是平等的！都能描述这个美妙的世界！
其实，回想一下，也是很应该这样做的，不是吗？这是很自然的，很优美的，也很“人性”的！
规律本来就应该这样嘛！没有王公贵族的区别！得一视同仁呀！
一个好的规律，应该尽量地简单，但同时也应该尽量地囊括更多的现象。从这个角度上说，广义相对性原理的确比狭义相对性原理更上了一层楼！名副其实呀！
不过，需要指出的是，其实上面广义相对性原理的表述还是不够严谨的，要想准确地去表述它，不得不用到数学。但是，对于我们这些不搞理论研究的、只求稍微理解、分享一下科学乐趣的外行人士来说，这种表述已经是足够的了。
是为第一条原理。
我们已经对有关非惯性系的问题做了一些努力和尝试，并得到了广义相对性原理。应该说，广义相对性原理很有可能是正确的，毕竟它太优美了！我们很有信心地将它列为了一条原理。
现在，我们来看看引力的问题。
在牛顿万有引力定律中，相距r的、质量分别为M、m的两个质点之间的万
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有引力为
F=GMm/r2
还记得这个式子吧？可是家喻户晓的哟！而且前面我们也说过了。再唠叨一次，G是常量，等于6.67×10^-11（牛米2/千克2）。
这个式子背后隐藏着什么事情呢？
你看这个式子，F就是两家之间的引力，假设Ｍ或者m突然间改变了，按照这个公式，Ｆ也会立即改变！注意到了没有，是立即改变！瞬间改变！为什么可以这样呢？在经典时空观里面，是允许存在无限大速度的（相信你不会忘记，牛顿为此还在那场球赛上吃到了一张黄牌），所以，当这家的质量发生变化时，可以瞬时通知到另一家！这种就叫做超距作用。
但是，在狭义相对论中，信号传播的速度的上限是光速c！也就是说，不允许无限大信号速度的存在！这就矛盾了！然而，狭义相对论并没有解决这个问题。
按照牛顿的理解，引力的传递是不需要时间的，它可以不知不觉地霎那间从这里传到了那里。为了取缔这种超距作用，类比电荷之间依靠电场来相互作用的例子，我们假设物体之间的引力作用也是依靠一种场，这种就叫做引力场。这样一来，这个物体对那个物体的吸引作用就通过引力场从这边传递到那边，而且传递的速度等于光速。
于是，我们就有了引力场！
再来看看另一个相关的问题——引力质量和惯性质量。
引力质量？惯性质量？
这有什么不同吗？
顾名思义，是的，是有不同。
根据牛顿第二定律，
Ｆ＝ma
这里说的就是惯性质量。
而根据牛顿万有引力定律，
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F=GMm’/r2或者G=m’g（为了有所区别，这里的m就带上一撇吧）
这里说的就是引力质量。
惯性质量越大，物体就越有“惯性”，用很大的力也很难改变它的运动状态。
引力质量越大，物体就越有“引力”，可以把另外的物体吸引得更厉害一些。
惯性质量和引力质量的定义和性质虽然有些不同，但是，却有一个惊人的事实——
惯性质量等于引力质量！
我们来看一下。
回到伽利略的斜塔实验。他一松手，小球就在地球引力的作用下向着地面冲去。这时它所受的外力就是万有引力。根据牛顿第二定律和万有引力定律，我们有
Ｆ=ma（老样子，这里是小球的惯性质量），G=m’g（这里是它的引力质量），F=G
也就是
ma=m’g
只要我们得到a=g=一个常数，那么就会有m=m’！
那g是不是一个常数呢？
看，“噔哐”两个小球确实同时着地了！两个小球都是无初速度释放，而且走过了相同的位移，更是同时落地！很明显，它们的加速度必定是一样的！（如果你还记得中学时的那条公式s=at^2/2的话，你一定很清楚为什么。这里s是位移，a是加速度，t是时间。）
不管你是用小球，还是炮弹，或者扔两只小猫下去，甚至你和伽利略一起掉下去，都会是这样的结果！一样的位移，一样的时间！
而且只要你一算，就会发现，g确实是一个常数，在我们地球上，它很接近9.8米/秒^2！
看来，惯性质量确实等于引力质量！
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不仅如此，在1906年，匈牙利物理学家厄缶做了更精确的实验，验证了这个结果。1964年R.H.Dicke的实验的精度甚至达到了10^-11的数量级！也就是说，惯性质量和引力质量在小数点后面的前11位小数都是一样的！而现在的精度就更加高了！
一个物体的惯性质量和它的引力质量是相等的！
无争的事实！
这就奇怪了！
两个质量的性质并不一样！但是，它们却惊人地相等！
爱因斯坦陷入了沉思之中。
为什么呢？为什么会这样呢？
引力质量跟引力场该有关系吧？而这里的惯性质量又该跟非惯性力场有关吧？……现在，引力质量就等于惯性质量……是不是预示着引力场跟非惯性系有什么关系呢？……
一道闪电划破夜空！
是的！一定是有关系的！我的直觉告诉我！
……
我可以想象这样一个实验——
在地球上一个密封的箱子里面，有一个物理学家。晚上，他睡着了。这时，有一个生物（我们没有必要去管它是什么），它跟物理学家开了个玩笑。把箱子搬到了一个远离众多星球的地方，也就是说一个没有引力的地方。然后，用绳子不断地将箱子往上拉，而且加速度就刚好等于重力加速度g。那么，当物理学家醒来的时候，他会发现吗？
不会！一定不会！首先他看不到外面。而他一样会感到箱子对他的反作用力，
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加速度就是g。这跟站在地球上（或者有引力的地方）的感觉是一样的。他放开手里的小球，小球由于不再受到外力，就会静止在原地方，但是，箱子和物理学家，还有箱子的其他一切东西，由于生物的拖拉，它们还是会以g的加速度上升，最终，还会重重地撞到小球上，这跟在地球上小球重重落到地板还是没有两样！
这也就是说，对于动力学效应来说，引力场跟非惯性系是不可区分的！
假设箱子里面的物理学家在顶处用绳子系了一个小球。绳子就会伸张，“竖直地”悬挂着小球。要是在地球上，他就会这样解释：“小球受到了引力场的作用力，引力的大小就由小球的引力质量决定。这个力就和绳子的张力平衡。”要是物理学家处于被生物拖拉，并且被告诉了真相时，他就会说：“绳子参与了箱子的加速运动，并将这种运动传给了小球，绳子的张力恰好能够提供小球的加速度，而决定这个张力的大小则应该是小球的惯性质量。”
引力质量精确地等于惯性质量，使得物理学家无法区分引力场和非惯性系！
太美妙了，这个实验！
爱因斯坦跳了起来！
突然间，又想到了一个问题。
难道仅仅只是动力学效应不可区分引力场和非惯性系吗？
不，一定不是这样！
上帝怎么会偏爱一种东西呢？！
前面不是说了吗？
既然惯性系可以，那么非惯性系也一定可以！于是，我们有了广义相对性原理。
现在……
既然动力学实验不可以，那么其他一切物理实验也一定不可以！
于是，我们有了……有了……
等效原理！
慢着，前面我们只不过局限在箱子里面，这是局域的！整体上是否也是不可
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区分呢？
不！比如说整个地球吧，我们着实找不到一个和它等价的非惯性系！
所以，等效原理应该是——
局域的真实引力场和局域的非惯性系是不可区分的！
同样需要指出的是，这是一种非常浅显的表达，现在更加流行的表述跟这里的很不一样，也更加严格，更加准确一些，它指出等价原理其实质就是狭义相对论的局域化。不过，我们姑且暂时理解到这个程度吧。
是为第二条原理。
我们已经说了广义相对论的基础——广义相对性原理和等效原理。
再来稍微向前迈一小步。
广义相对性原理说，所有参考系，不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表示普遍的自然界定律）都是等效的。
既是如此，而惯性系可以用牛顿第一定律（就是物体在不受外力时的运动状态那条）来描述，那么，非惯性系也应该可以吧？牛顿第一定律对于非惯性系也应该成立吧？
是的，应该是的！
（注意，不要因此就认为广义相对性原理就是简单地说所有物理定律在所有参考系中都是一样的、都是成立的！广义相对性原理只是要求所有参考系在描述物理规律时都是平等的、平权的！而要真正办到这一点，就看数学武器啦！在这里，为了简单说明问题，所以我采用上面的说法。希望诸位不要产生误解。）
那好。我们再回到箱子和物理学家的那个实验。
假设生物把箱子带到了远离众多星体的地方，也就是箱子不再受到引力了，并且生物也没有拖拉箱子。这时的箱子就相当于一个惯性系。这就跟杨利伟在“神舟”飞船上的失重状态有些相似了。接着，物理学家水平扔出了一个小球。小球
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会怎样运动呢？
很明显，按照牛顿第一定律，小球应该做匀速直线运动。注意，这里是依据牛顿第一定律！
在接下来，生物开始以g的加速度向上拖拉箱子了。于是箱子就处于一个加速场，也就是非惯性系。物理学家再抛出一个小球，小球将会怎样运动呢？
熟悉牛顿力学的人们一定会说，将作平抛运动。不错，在物理学家看来，小球将会作曲线运动。
慢着，这又是为什么呢？
你不是说，非惯性系中也由牛顿第一定律来主宰吗？
怎么现在是曲线啦？
广义相对性原理岂不是不成立啦？
……
别着急，我们应该相信我们的出发点是正确的！我们得找出隐藏了的因素！
泰然处之，这是我们一路走过来应该具备的能力了！前面我们也遇到很多这种情况了！我们不应该怀疑我们对美的理解和追求！
按照牛顿第一定律，在第二个实验中，物理学家也应该看到小球作直线运动呀！可是为什么现在是曲线呢？
琢磨一下。“不受外力”，小球达到了呀！“直线”……“直线”！难道是这里出了问题？！
什么是直线呢？
一条直直的线！
什么？一条直直的线？这是什么东西？你可以再说清楚一些吗？
……
好象又不知道该怎么表述了！
想象一下。在地球表面，我们从香港向北京划一条“直线”。我们当然是沿着地面，然后“直直”地从香港向北京画过去，这样就行了！这没问题吧？
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但是，你仔细想一下。我们局限在地面上倒是认为已经是直的了，要是站在外太空来看呢？地球是一个圆球体呀！在球体表面划一条“直线”，这在外面看来不还是“曲”的吗？比方说有一只小蚂蚁，它六只脚用力平均，在苹果面上爬，它自己就认为由于我的脚力都很平均，所以我的路线是不会弯曲的，而应该是一条直线！但是，殊不知，在外面的我们看来，由于苹果面本身就是弯曲的，所以最终小蚂蚁爬出的路线还是弯曲的！
你想到什么了吗？
直线？曲线？
直线是曲线？曲线是直线？
……
那什么才是真正的“直线”呢？
还记得吗？“两点之间，线段最短”，在我们看来，线段是直线的一部分，应该是直的吧？这就给了我们一种定义直线的方法啦！
连接两点之间最短的线就是直线！
比方说，在球面上，连接两点之间最短的线应该是“大圆”！“大圆”就是像地球（我们姑且将其看成一个完美的球体，实际上地球是有一点“扁”的）的赤道、经线这样其圆心就是球心的圆线。而除了0度纬线（也就是赤道）的其他纬线就不是“大圆”了，只能说是“小圆”，它们的并不是球心。
“大圆”就是球面上的直线！我们从香港向北京划的那条线就是地球的“大圆”的一部分。
不过，我们不再叫它直线了，这样会引起误解。有一个专业名词是这样唤的——短程线，或者是测地线。
而像我们的平面几何那样，也有一种几何是专门研究球面的，它就叫做黎曼几何，或者球面几何。你也许会问，它跟平面几何（或者说是欧几里得几何）有
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什么不同呢？肯定是有不同的！比如说，在球面几何里边，过直线外一点是没有直线和已知直线平行的！（你可以想象一下，地球的“大圆”之间有没有是不相交的？没有是吧，先找赤道，在赤道外找一点，过这点画大圆，注意小圆不算！你肯定找不到和赤道不相交的大圆！）还有，三角形的内角和是大于180度的！（你找赤道和0度经线以及90度经线，这是三个大圆，也就是三条球面几何的直线吧，所以这三条线组成了一个球面三角形，它的内角和是多少呢？0度经线和赤道是垂直的，同样道理，所以有90+90+90=270度！）……至于还有什么奇怪的结论，那是非欧几何（顾名思义，就是“不是欧几里得几何的几何”）的问题了，这里就不再赘言。
你或许认为这些是不正确的！世界只有一种几何——那就是平面几何！那你的思想就还停留在19世纪那里。其实，非欧几何刚诞生之时，也受到了人们的非议。但是后来经过对数学真理性的讨论，使得人们得到了思想上的一次大解放——不仅仅只存在一种几何，只要逻辑上没有错误，都可以成为一种几何，而至于它是否符合客观世界，那就是客观真理的问题了。如果你对此有兴趣的话，可以去读一些关于非欧几何的书籍，相信你又会长进不少！
好，现在我们已经有了“短程线”了！短程线就是各种曲面中的直线，其实我们之前所认为的直线不过是平面上的短程线罢了。
从这个角度来说，短程线具有更广泛的概念。
好，言归正传。
前面我们说小球的轨迹是一条曲线，现在，这条曲线是否是短程线就值得考虑了！
“不错，按照广义相对性原理，小球走的应该是一条短程线！”爱因斯坦说道。“按照牛顿第一定律的理解，小球在不受外力的作用下，走的应该是直线。而现在看起来却是曲线！为什么呢？……因为……因为四维时空本身是弯曲的！小球走的是一条时空中短程线，时空中的直线！但是由于时空是弯曲的，所以我们不幸看到是曲线了！这就跟球面的小蚂蚁一样，它走的是球面上的直线，但由
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于球面本身是弯曲的，所以最终是曲线了！”
什么？时空弯曲！
这样也行？
是的，这才是我们真实的宇宙！
爱因斯坦从来就不会怀疑他是错误的！既然规律是这样说，那现实就一定是这样！
是的，在加速场中，时空弯曲了！
注意，我们说的是四维时空！前面我们领略到了四维时空是如此的难以想象，我们根本没有经验！所以，我们一直没有发现它会弯曲！而且现在也想象不出来！
这就是理论的伟大之处了！它告诉我们那些不可想象、没有经验的事情！而这一切源自于我们对数学的信仰、对美的追求！
好，再根据等效原理，既然非惯性系中时空会弯曲，那么引力场中时空必定也会弯曲！
事实上，我们回头一想，也是理所当然的。
假设物理学家在箱子还在地球表面时，重力加速度也为g，那么他以同样的速度抛出一个小球，小球也会像在被生物拖拉时那样，走的也是曲线！其实，本来小球走的是四维时空中的直线，只不过由于时空本身弯曲而已！
是的，在引力场中，时空也会弯曲！由于质量的存在，引起了周围时空的弯曲！物质决定时空结构的变化！
回首一看，非惯性系与引力场等价，非惯性系中时空弯曲，引力场中时空也弯曲！
如果你对美的追求很强烈的话，必定会认为非惯性系、引力场和时空弯曲三者是可以统一起来的！
结果证明，是的，的确是的！
虽然我们在非惯性系和引力场方面还在思考该如何来进行处理，但是，幸运的是，数学家走在了前面！弯曲空间，数学上已经有了先例——黎曼几何！只要
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我们知道三者中的一个（时空弯曲），倘若它们是可以统一的，那么就已经足够了！
黎曼几何，广义相对论的强大而又美妙的数学工具！
感谢数学！感谢人类本身的智慧！
在这里，引力不存在了，取而代之的是时空弯曲！
是的，这个世界根本就没有什么引力！只有时空弯曲！
地球之所以围着太阳转圈，是由于太阳的质量使得其周围的时空弯曲了，地球试图在走直线了，但因为时空本身弯曲了，所以走成了“曲线”！
惊世骇俗！无可想象！爱因斯坦确实走得太远了！我们差点跟不上他的步伐！人类科学的异端！要将牛顿的引力扔进历史的垃圾桶！
从狭义相对论到广义相对论，爱因斯坦用了10年的时间。其实，这在很大程度上是由于爱因斯坦开始并不知道黎曼几何而造成的。要是他早点懂得黎曼几何，相信广义相对论的诞生将会提前不少。爱因斯坦后来是从他的朋友格罗斯曼中知道了黎曼几何，并且狠狠恶补了一回，最终发现了广义相对论。
数学有用吧？数学厉害吧？数学重要吧？
按照广义相对论的推断，在巨大质量的周围，将发生严重的时空弯曲现象。如此说来，在太阳的周围，时空应该弯曲得有点厉害，那么本来走直线的光线在它周围也应该走的是曲线！本来那些被太阳遮挡的其他恒星的光线，由于来到太阳周围时发生了弯曲，反而可能可以看见了！这样我们只要看看是不是有这种匪夷所思的现象，就可以来验证广义相对论了！要是没有的话，否定后件！哈哈！一刀见血！
但是，在平常时，太阳光太强烈了，以致于把那些经过它周围的光都“淹没”了，根本就看不见！
我们得等一个日全食的好时机……
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我们已经看到，物质告诉时空如何弯曲，而时空反过来决定物质的运动。这样一来，空间、时间、物质、运动就完美地统一到了一起。
1915年11月18日，爱因斯坦提出了广义相对论引力场方程的完整形式。经过计算发现，光线在通过恒星时的弯曲度为1.7４〃！这可是根据牛顿平直空间计算所得——0.87〃的两倍！
检验广义相对论的时机到了！
然而事与愿违，这时正处于“一战”的纷飞战火之中，这些实验根本就完成不了！
借这个机会，我们也稍微先转一下话题，喘一口气。
我们不曾忘记当年牛顿万有引力定律预言了海王星的存在！
这是一次里程碑式的预言！
这是一次让人类自豪的预言！
这是理论的一次伟大胜利！
这是人类的一次伟大跨越！
但是，当我们用牛顿定律去解释水星的一种奇特现象时，却并没有得到非常满意的结果，纵使误差很小。
对于水星来说，它是八大行星中距离太阳最近的一颗，而且人们还发现其实它的近日点是在不断改变的！什么是近日点呢？我们知道，椭圆是具有两个焦点的。而行星绕太阳转动的轨迹就是椭圆，也一样有两个焦点。而其中距离太阳较近的那个焦点就唤作近日点，而另一个较远一些的就叫做远日点。
水星的近日点是在变化的！是在进动的！变化有多大呢？
天文学家通过观测得出，是每一百年5600秒！
而5600秒中的5557秒都可以通过牛顿定律找到合理的解释因素。但是对于剩下的43秒却无法解释！
类似海王星的发现经历，法国天文学家勒维烈（就是前面发现了海王星的那个小伙子）预言，在水星附近还有一颗尚未发现的行星，正是这颗行星影响了计
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算结果！
人们把这颗未知的行星叫做火神星，或者是祝融星。（祝融就是我国古代传说中的火神）
然而，人们始终找不到那颗猜测中的火神星。
这也成为了一个谜团。一直要到广义相对论出世后才揭开神秘的面纱。
现在，当爱因斯坦从弯曲的时空出发，用广义相对论去计算时，他惊奇地发现，结果就是5600秒！分毫不差！这也反过来验证了广义相对论！
好生厉害的第一炮！
美妙的开局！伟大的胜利！
这又是人类智力的伟大创举！
而后来观测到的金星、地球等行星近日点的进动值也和爱因斯坦的计算值符合得相当好！
1916年，爱因斯坦发表了总结性的论文《广义相对论基础》，标志着广义相对论大厦的完整竣工！这次的论文还是发表在那本《物理学年鉴》上！
赞扬如潮水般涌来。
“如果爱因斯坦的理论被证实了，这点我想是绝对没有问题的，他将是20世纪的哥白尼！”普朗克如是说。
“广义相对论是人类思想史上最伟大的成就之一！”电子的发现者汤姆逊道。
……
回到光线弯曲的实验。
1916年，由于战争原因，落空了。
1918年，再次错失一次机会。
1919年5月29日，在南半球的中纬度地区将会有一次日全食，但战争依旧没有结束。
战争永远是人类文明的破坏者。无论如何，战争都意味着损失，永远不会有赢家！
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和平是我们永恒的呼声！
幸运的是，英国两队科考队悄悄出发了（要知道，那时侯英国跟德国可是敌对国！英国人愿意去验证德国人的理论，这本身就存在很大的阻碍，这似乎也验证了一句话——“科学无国界”）。其中一支奔赴巴西的索布拉尔（Sobral），而另一支则要到西非的普林西比岛（Principe），普林西比岛队由英国剑桥大学教授、英国皇家天文学会的爱丁顿爵士率领。然而一开始，天公不作美，普林西比的天气情况非常糟，日全食那天更是浓云密布，细雨绵绵，几乎没有希是望了。不过，那可能只是“贵人出门招风雨”的缘故吧，当日全食快要开始之时，天气便好转起来，看来上帝似乎很期待这一次判决。
经过拍照、分析……
1919年11月6日，在英国皇家学会和皇家天文学会联席会议上，汤姆逊（上面说的电子的发现者）宣布了最终结果——爱因斯坦说对了！他说道：“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一——也许是最伟大的！诸位今天将要听到的发现，就是它的伟大创造之一。这不是发现了一个孤岛，这是发现了新的科学思想的新大陆！”，接着两队的率领人戴逊与爱丁顿就这次考察的结果作了报告。
确实是爱因斯坦的预言！
爱因斯坦胜利了！
广义相对论胜利了！
时空确实是弯曲的！
宇宙确实是按照广义相对论来运转的！
对于此事，全球媒体争相报道。英国《泰晤士报》采用了大标题“科学上的革命，宇宙的新理论——空间是弯曲的！”美国《纽约时报》——“爱因斯坦奠定了新物理学”……
事实上，后来的科学家认为，爱丁顿此次的结果还是存在很大误差的。爱丁顿得到的结果是1.61〃±0.30〃，而另一队的结果是1.98〃±0.12〃，与理论
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预言值相差甚远，而且他们处理数据的方法也是需要商榷的。不过，后来的实验更加精确地验证了广义相对论的预言。例如，在1973年6月30日的日全食，美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲进行了观测，并且对实验条件进行了严格控制，最终得到的结果是1.66〃±0.18〃。而在1974年和1975年间，福马伦特（A. B. Fomalont）和什拉梅克（R. A. Sramek）利用甚长基线干涉仪，利用射电源的微波来进行实验，结果得到了太阳边缘处射电源的微波被偏折了1.761〃±0.016〃。1984年的观测数据和广义相对论的预言数值之比为1.004±0.002。1991年的比值甚至达到了1.0001±0.0001。
除了水星进动、光线弯曲之外，引力红移实验、雷达回波的时间延迟实验、引力透镜等都支持了广义相对论。
如今，广义相对论业已成为了现代科学的支柱，在宇宙学、天体物理等诸多学科发挥了不可取代的作用。也产生了一堆令人费解、超乎大众想象的概念——黑洞、奇点、虫洞、时间旅行、引力波、宇宙弦……
就是在今天，人们对广义相对论的实验验证依旧没有停止。像正在筹备的、探测黑洞周围的时空弯曲的LISA（the Laser Interferometer Space Antenna）探测器，将探测引力波的LIGO（the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory）探测器，月球激光测距，精确测量光线弯曲的LATOR计划，还有正在紧张进行中的、直接探测时空弯曲的引力探测器B……
在回到爱因斯坦身上之前，我们接着来看看那项非常庞大的引力探测器B实验。
美国东部时间2004年4月20日12时57分，历经40多年研发的美国引力探测器B（Gravity Probe B，简称GP-B）卫星在加州范登堡空军基地搭载波音的Delta 2型火箭升空。这是美国宇航局（NASA）资助约7亿美元、由美国斯坦福大学（Standford University）研制的科研项目，它将通过测量由地球引起的
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时空弯曲和由于旋转而引起的时空扭曲现象，从而检验爱因斯坦的广义相对论。
按照广义相对论，科学家们发现，由于地球质量的存在，将会使得周围的时空发生弯曲现象，他们将此称为“短程效应”（Geodetic effect）。除此之外，由于地球的自转，还会拖动周围的时空结构并发生扭曲现象，这又叫做“惯性系拖曳效应”（Frame dragging），这就有点像用绳子掉挂着一个旋转的小球，并把它放到豆浆里面，小球将会带动豆浆运动，这个效应之前从来没有被检验过。
而GP-B就是要测量这些现象，并给出最终的结论。
这个检验方案首先是由两位科学家George Pugh 和斯坦福大学物理学院的Leonard Schiff在1959年和1960年期间独立提出来的。1962年，现今GP-B的首席研究员Francis Everitt教授来到斯坦福大学。在1964年，NASA开始正式对这个计划实施资助。1982年，NASA完成了对GP-B方案的研究。1983年，斯坦福大学决定制造专门的杜瓦瓶（Dewar，也叫做真空瓶）。1999年，所需的陀螺仪（Gyroscope）和望远镜（Telescope）制造完成。2003~2004年间，所有工作接近尾声。最终，GP-B成功在4月升空。
这是一场马拉松式的科学研究。前后从实施到制造完成，用了40多年。在此期间，围绕GP-B产生了约100篇博士论文。当年参加该项目的小伙子现在已是白发苍苍的老教授。像Francis Everitt教授，刚接触GP-B时才28岁，如今早已年过花甲。
我们来看看GP-B是怎样检验广义相对论的预言的。
陀螺仪是一种自旋的仪器，它在处于自旋状态并指向一颗恒星后，可以保持自旋方向不变。然而在太空中，由于受到地球的“短程效应”和“惯性系拖曳效应”的影响，它的指向将会发生变化。我们只需要来测量这样一种微小的变化，就有机会来检验广义相对论了。
科学家解释说，由于GP-B卫星的轨道是极轨道（polar orbit），也就是说它每圈都会经过两极的上空，所以这两种效应是能够区分开来。具体而言，“短程效应”将会使得陀螺仪的自旋轴每年漂移0.0018度（这相当于在0.4千米之
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外看到人的头发丝的宽度），而“惯性系拖曳效应”则小得多——每年0.000011度。
为了达到这样的精度，实验对仪器的要求可想而知了。
首先来看那4个乒乓球大小的陀螺仪，它们由石英制造而成，直径3.8厘米，号称为有史以来人类所制造的最完美、最滚圆的球体，各方向上的尺度误差不超过40个原子的尺度，它的光滑表面跟CD的相比，就像CD的表面跟砂纸比较。而且必须要求这些陀螺仪在太空中不受到外力的影响，它们以电浮的形式保持在真空中，并且被放置在一个铅金属制成的包内。
而安置陀螺仪的杜瓦瓶被处于接近绝对零度（1.7开尔文，即零下271度）环境中。为了达到这样的目的，瓶内装有400加仑的液氮。在低温情况下，铅变成超导，有效地屏蔽了地球的磁场的影响。再加上其他的保护措施，可以使得地球磁场对陀螺仪的影响降低到10-13。而为了探测陀螺仪的倾斜度，还运用了非常灵敏的超导量子干涉仪器（SQUID）。
至于那台望远镜，它里边包括一个不超过25美分硬币大小的探测仪器！它能够精确地测量出进入望远镜的星光量。主要用于对比望远镜的取向和陀螺仪自旋轴的夹角大小。
如今，距GP-B发射已经过去了3个年头，探测器的数据采集工作已经顺利完成，目前正处于数据分析阶段。
而根据在2007年7月份的更新消息来看，初步结果显示那两个效应都是可见的、比较明晰的，并且也是比较接近爱因斯坦的预言的，精度甚至超过了1%。但仍需进一步对数据进行更精确的处理。
而至于更新一轮的进展更新报告，按照计划将是在2007年的8月末。
根据来自2007年4月份在佛罗里达举行的APS（the American Physical Society）会议上的消息，2007年12月份将会完成GP-B所有的处理工作并且会发表最终的成果报告。
结果会是怎样呢？
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其实，早在GP-B刚发射时，美国国家科学研究会就说了，如果GP-B实验成功，那么它将成为验证物理理论的一个经典实验。如果没有发现爱因斯坦理论的佐证，这次实验也将具有重要创造性的历史意义，因为那意味着现代物理学的基础——广义相对论将被改写。
新的荣耀？
新的乌云？
翘首以待吧！
好了，广义相对论就这样简单说说作罢，就此打住吧。
再回到爱因斯坦的身上。
他，是一个规律之美的永恒追求者！
在美国波士顿公共电视公司制作的介绍弦理论的影片《优雅的宇宙》（the Elegant Universe）中，是这样开篇的：“50年前，这座房子产生了现代科学界最大的谜团之一。谜团深奥异常，使现今数以千计顶尖物理学家仍在苦思破解之道。爱因斯坦最后20年的人生就在新泽西普林斯顿这座房子里度过，在2楼的书房里，爱因斯坦锲而不舍地探求这伟大的能涵盖宇宙万物的单一理论，即使临终时，爱因斯坦仍拿着笔记，努力想出一套方程式，那就是后来所谓的万有理论。他自信已达科学史首要发现的边缘，可惜时不予我，爱因斯坦未能圆梦。”
这里描述了爱因斯坦后半生的最高目标——统一场论。虽然爱因斯坦孜孜不倦，但是终究不能了却夙愿。
广义相对论诞生之后，爱因斯坦并没有停下步伐。在他看来，广义相对论远远不是他最理想的理论。在他看来，规律应该是非常简洁的，它甚至应该只用一组方程式就可以描述万事万物！现在，广义相对论仅仅是解决了狭义相对论的遗留问题，在引力的疆土上披荆斩棘。但是，宇宙的另一种力——电磁作用力，却还没能收归门下，量子理论的“反革命军”也尚未收服，来势汹汹。放眼四海，
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世间依旧是四分五裂，何时方是大一统呀？
爱因斯坦永远坚信，上帝创造这个世界的时候，只用了最简洁的一组方程。而从这组方程出发，将可以推出宇宙万物的运转规律，知道所有的粒子，得到全部的常数……
是的，规律就应该是这样！
从乌云密布的革命年代到狭义相对论，再从狭义相对论到广义相对论，爱因斯坦正是凭着这种信仰，连连告捷，登上了一座又一座的颠峰……
1923年他在瑞典的诺贝尔奖获奖演讲中就指出：“一个寻找统一理论的人绝不满足于存在两种性质上完全独立的场（指引力场和电磁场）。”
1922年，爱因斯坦完成了第一篇关于统一场论的论文。1925年秋天，爱因斯坦发表了另一篇统一场论的重要论文《引力和电力的统一理论》。爱因斯坦认为他在这篇巨作中已经得到了真正的答案，但是事与愿违，爱因斯坦失望了。不过，这篇论文却埋藏着反物质理论基础的种子。1929年2月，爱因斯坦完成论文《统一场论》，这是对前一阶段研究成果的总结。1933年来到普林斯顿高等研究院，在宽松的学术环境中继续着对宇宙最高和谐的追求。星存而出，日入而休。在这期间，爱因斯坦也在为广义相对论的运动问题和量子理论方面努力。1950年4月，《关于广义引力论》完成，这是对自1922年起的28年统一场论研究工作的总结。
然而，在第三次追求规律美的圣杯时，上帝并没有眷恋他。其实，那时候，物理学家仅仅知道两种力，但是今天我们已经发现了自然界有四种力，除了引力和电磁作用力外，还有强相互作用力和弱相互作用力；而且现在我们所知道的粒子也比爱因斯坦时代多了很多……
从这个事实来看，爱因斯坦的失败似乎是注定的，是必然的！
但是，他那种对美的信仰和孜孜的追求精神却应该得到我们永恒的认可和发扬！
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他，是一个经典物理的固执坚守者！
爱因斯坦终生都信奉决定论和因果律，前面我们也说过这些经典物理学的血脉已深深注入了相对论的骨子里头。然而，20世纪的另一伟大理论——量子理论却与之逆道而行，玻尔的哥本哈根解释更是直接与决定论和因果律相悖。在量子理论中，世界被概率所主宰，一些结论更是违背了因果律的铁条。更不幸的是，量子理论的结论却一而再，再而三地被实验所证实！
正因如此，当时99%的物理学家都站到量子理论一边。但是，要爱因斯坦放弃自己深深信仰的经典传统谈何容易？
于是，20世纪就有了一段爱因斯坦和玻尔论战的传奇。
虽然爱因斯坦早期对量子理论做了伟大的开创工作，但后来却站到了相对的一面去。1926年，他与矩阵力学的创始人海森堡讨论关于量子力学的哲学问题。1927年，参加第五届索尔维会议，同哥本哈根学派进行了激烈的论战，双方高手频频出招，但又被对方一一化解，精彩甚至不亚于武林聚会。1932年，同墨菲作关于因果性问题的谈话。1935年，同波多尔斯基(Boris Podolsky)和罗森(Nathan Rosen)合作，在美国《物理评论》发表了向哥本哈根学派挑战的论文《物理实在的量子力学描述能否认为是完备的？》，提出著名的EPR佯谬，认为量子力学对实在性的描述是不完备的。1936年，发表《物理学和实在》；1948年，发表《量子力学和实在》；对实在性问题进行了讨论。1953年，为纪念量子力学概率解释的提出者玻恩退休，发表了关于量子力学解释的论文，再次引发了两人的激烈讨论。
我觉得，爱因斯坦在这个问题上踽踽独行，矢志不渝的作风，应该是跟他那种骨子里头的异端精神是分不开。终其一生，爱因斯坦从来都没有随便迷信别人的看法，他不畏权威，一路走来，他都是凭着自己的信仰，自己的思考，而且造就了相对论的伟大奇迹。我想，这肯定也更加坚定了他对自己的信心。即使所有的人都站到了对面去，只要他觉得自己才是正确的，那么毫无疑问，他必定会坚
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持下去！这种藐视权威、不随声附和的精神，正是一个异端所必须具备的！
爱因斯坦孤独地嘶叫一声：“上帝不掷骰子！”回音荡荡……
但是却惹来了此起彼伏的反对声：“爱因斯坦，别去指挥上帝该怎么做！”久久不止……
无论如何，我都必须捍卫经典传统的光荣！
正是由于爱因斯坦的不倦论战，使得量子理论得到了更快的发展；
但也正是由于爱因斯坦站到了对面去，使得我们又少了一个伟大的旗手！
不知，这是我们的幸运还是不幸呢？
他，是一个和平事业的英勇战士！
爱因斯坦不仅仅是一个伟大的科学家，也是一个伟大的热心于社会正义和人类和平事业的世界公民。
爱因斯坦一生充满了对弱者的同情和关爱。他深刻体会到科学对社会的深远影响和知识分子对社会应负的责任。
1914年，反对德国文化界名流为“一战”辩护的宣言《告文明世界书》，并在同它针锋相对的仅有四个人签名的《告欧洲人书》上签字，还参加了地下反战团体“新祖国同盟”。1915年，写信给罗曼?罗兰，表示支持他的反战活动。1924年，加入柏林的犹太人组织，并成为缴纳会费的会员。1925年，与甘地等社会活动家一起在拒绝服兵役的声明上签名。1927年，在巴比塞起草的反法西斯宣言上签名，并参加国际反帝大同盟，当选名誉主席。1928年被选为前身为德国“新祖国同盟”的“德国人权同盟”的理事。1930年，在“国际妇女和平与自由同盟”的世界裁军声明上签字。1931年“九一八事变”后，呼吁各国用联合经济抵制的办法制止日本对华军事侵略；并为1932年的国际裁军会议特地发表了一系列文章和演讲。1932年 2月，对于德国和平主义者奥西茨基被定为叛国罪，在帕莎第纳提出抗议；7月号召德国人民起来保卫魏玛共和国，全力反对法
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西斯。1933年 1月30日，纳粹上台，爱因斯坦受到了极大的迫害；同年7月爱因斯坦改变绝对和平主义的态度，号召各国青年武装起来同纳粹德国作殊死斗争。
1936年11月23日晨，国民政府非法逮捕了沈钧儒、章乃器、邹韬奋、史良、李公朴、王造时、沙千里等七人，也就是著名的“七君子事件”发生后，爱因斯坦和在美国的知名人士共15人一起，于1937年3月发出了正义的声援电。当日本军国主义1937年侵略中国的时候，爱因斯坦对日本侵占中国的东三省的行为表示极大的愤慨，他和罗素等人还于1938年1月5日在英国发表联合宣言，呼吁世界抵制日货，并以种种可能援助中国。同年6月6日，爱因斯坦和美国罗斯福总统的长子詹姆斯?罗斯福一起，在美国发起成立援助中国委员会；并积极为在美国两千个城镇发动援华捐款活动而努力。
1938年，给5000年后的子孙写信，信中说到了当时的社会，“商品的生产和分配是无组织的，人人都生活在恐惧的阴影里，害怕失业、贫困，而且生活在不同国家里的人民还不时互相残杀。”
1939年 8月2日，上书罗斯福总统，建议抓紧原子能的研究，防止德国抢先制造出原子弹，罗斯福总统收到信后，当天成立了专门的委员会，但工作进展缓慢，于是1940年3月，爱因斯坦再次写信。1940年5月22日，致电罗斯福总统，反对美国的中立态度，要求参与到反法西斯中来。1942年10月，在犹太人援助苏联的集会上热烈赞扬苏联各方面的成就。1944年，为支持反法西斯战争，以600万美元拍卖1905年狭义相对论论文手稿。1945年8月6日，美国在日本长崎投下了第一枚原子弹，爱因斯坦痛心疾首。1945年9月以后，连续发表了一系列的关于原子战争和世界政府的言论；并给罗斯福总统致信希望不要再继续使用原子弹，但收信人还没有来得及一读便撒手人寰。1945年12月10日，在纽约诺贝尔纪念宴会上，发表了《战争是胜利了，但和平却没有》的讲话。1946年5月，发起组织“原子科学家非常委员会”，并且担任主席职位；10月写信给联合国，希望建立世界政府。1947年，发表了大量关于世界政府的言论；9月公
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开建议把联合国改组为世界政府；1948年，抗议美国进行普遍军事训练。 1950年 2月13日，在NBC电视发表演讲，反对美国制造氢弹。1951年，连续发表文章和信件，指出美国的扩军备战政策是世界和平的严重障碍。1952年，拒绝担任以色列的总统职位，他始终强调以色列同阿拉伯各国之间应“发展健康的睦邻关系”。 1954年 3月，通过“争取公民自由非常委员会”，号召美国人民同法西斯势力作斗争；5月发表声明抗议对奥本海默的政治迫害；11月18日，在《记者》杂志上发表声明，指出不愿在美国做科学家，而宁愿当一个工匠或小贩。1955年，同罗素通信讨论和平宣言问题，并于4月11日在反对核战的《罗素－爱因斯坦宣言》上签名。
爱因斯坦一直在为世界的和平事业奋斗，他对别人的关爱是没有国界的，从美洲到亚洲，从德国到中国，他都站在了正义和弱者这一边，竭尽全力地帮助他人。他以一个科学家的身份为人类和平事业做出了不可磨灭的贡献。直到他逝世前的一个星期都依旧在为反核而努力。
向人类的正义勇士致敬！
他，是一个荣耀万千的科学巨人。
广义相对论发表后，爱因斯坦已经成为了一个蜚声四海的科学家。
1916年，接替了普朗克担任德国物理学会会长。1917年，担任威廉皇家物理研究所所长。接下来不断收到了讲学的邀请，风尘仆仆地穿梭于各国之间，从荷兰到捷克，从捷克到奥地利，从奥地利到美国，再到英国、法国……1921年，在访问美国期间，在哥伦比亚大学接受了巴纳德科学勋章。1922年10月8日，从法国马赛出发到日本讲学。1922年11月，途经科伦坡、新加坡和中国的香港、上海，并在上海停留了下来做短暂的访问。
爱因斯坦乘坐日本邮船“北野丸”号于1922年11月13日上午10时到达上海，相关团体在上海“一品香”餐厅设宴招待了爱因斯坦夫妇，之后一行到上海
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“小世界”听昆曲，随后还游赏了城隍庙、豫园等地方。下午6时，中国文化教育界在画家、书法家王震的家里设宴招待爱因斯坦夫妇。在这期间，瑞典驻上海总领事正式通知爱因斯坦他获得1921年诺贝尔物理学奖的消息。次日凌晨，爱因斯坦一行离开上海。
1922年12月27日，爱因斯坦离开日本，准备起程返回欧洲。12月31日上午11时再次到达上海。并且应上海犹太青年会和学术研究会邀请，于1月1日下午3时，在福州路17号公共租界工部局礼堂讲演相对论。早前，中国的北京大学已经向爱因斯坦发出了邀请，希望他可以到校来讲学，并且在资金、住宿等方面都做好了准备，但由于种种原因，最后被迫搁浅。1月2日11时，爱因斯坦乘坐“榛名丸”号邮船离开了上海。这就是爱因斯坦的中国之行。虽然只有短短几天，但是爱因斯坦却深深感受到了这个国度人民水深火热的生活，他在日记中写道：“他们是淳朴的劳动者，……在劳动着，在呻吟着，……这是地球上最贫困的民族，他们被残酷地虐待着，他们所受的待遇比牛马还不如。”
1923年7月11日，爱因斯坦在瑞典接受了1921年的诺贝尔物理学奖。授奖词中提到，由于爱因斯坦在光电效应方面的贡献被授予了奖项。为什么如雷贯耳的相对论没有份呢？这个问题一直众说纷纭。依我看来，不管如何，爱因斯坦自己应该是无所谓的，他终生是一个淡薄名利的科学工作者，这次的诺贝尔奖奖金也随后给了前妻米列娃。
1925年，荣获科普列奖章；1926年，接受了英国“皇家天文学家”金质奖章，当选为苏联科学院院士；1929年6月28日，获得德国物理学界最高荣誉——普朗克奖章；1945年，接受黑人林肯大学名誉博士学位……
不必一一列举了，爱因斯坦的荣誉有如天上的星星一般，明亮而繁多，但于他来说，也不过是水中捞月，镜里观花罢了，只作远观，华而不实。
试问有什么能够比得上在奥秘中探索，在音乐中徜徉，找寻上帝秘密，追求真善美那般乐趣和惬意呢？
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夜深了。
爱因斯坦躺在病床上。哎，主动脉瘤，天命所归呀！
爱因斯坦竭力坐了起来，动了很大的力气……
望了望四周，没有人。他无奈地笑了一下，哎，在学术界，不也是现在的样子吗？不知，玻老他们又有了什么新招……
他用颤抖的手从旁边的抽屉里，缓缓拿出了自己偷偷藏起来的烟斗，虽然没有烟草，但是放到嘴里就有一种难以表达的快意呀！
他发现烟斗旁边还放了一叠计算纸，迟疑了一下，便拿了过来。哎，统一场论呀，何时才是个头呀？……呵呵，上帝那老头子，看来还不肯让我偷窥他的终极秘密呢！
他想再算一会，但却找不到笔……
看着墙上的小提琴，爱因斯坦愣了一下，突然间，又想到了什么……
他从枕头下面颤抖地掏出了一个罗盘……
看着罗盘里边的指针，由于他的手在颤动，指针也跟着不停地震动着，但总是顽固地指着同一个方向……
小指针呀，你为什么总是那么的听话呢？
偷懒一下也无妨呀！反正现在这里就我和你……
哎——
电……磁……我依旧找不到其中的奥秘啊——
爱因斯坦又长长地叹了一口气……
突然，窗外闪了一下。
爱因斯坦尽力抬起头，伴随了他一生的那种强烈的好奇心驱使他想看看是什么……
一颗硕大的星星，拖着粗长的尾巴，在天际中划出了一条颀长的亮线，从窗子里稍瞬即逝……
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扫把星？！
爱因斯坦心里不知怎的突然震了一下，仿佛是重重一击……
这是一种从来没有过的感觉……
手一松，罗盘掉了下来……
爱因斯坦突然想起，七十一年前，在病床上，父亲也给了他这样一个罗盘……
当时，他也一样的迷茫、不解……
难道……，此生……真的要……要此事无成……？
身体不禁打了一个寒噤……
……
1955年4月18日1时25分，爱因斯坦安详地离开人世，享年76岁。
全球都为人类又一颗巨星的陨落而悲痛不已……
……
因为爱因斯坦曾经住在这里，地球显得更加有了意义。
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第四章 狭义相对论的挑战
从两条原理的基础出发，爱因斯坦构建起了整幢狭义相对论大厦。这幢大厦是如此的庄严雄伟，金碧辉煌，熠熠生辉。金色的光芒在天边闪耀，赞美的诗篇在人间传诵。每日每夜，都有成千上万的人前来顶礼膜拜，啧啧赞叹。它太壮观了！物理学的这片土地正是由于有了它，才更加溢彩流光！才更加风采动人！才更加叹为观止！
“昔人已乘黄鹤去”，如今，这幢大厦的缔造者已经离开我们半个世纪了，而大厦也业已成为了物理帝国的一大支柱，它的光芒照亮了世界的一个又一个角落，指引着我们继往开来，浩荡前进。
然而，赞许与质疑并存，褒贬也总会不一，这对于任何一件事物来说，都是必然会存在的。狭义相对论自然也就不会例外了。
从1905年一直到今天，人们对狭义相对论质疑的声音从来就没有停止过。
你只要在互连网上一搜，就会看到不计其数的相关文章和论坛。这其中，有中文的，也有英文的，更有其他语言的……
在这个群体当中，不仅有外国学者，也有我们龙的传人；不但有物理学爱好者，其中也不乏一些大师级人物……像麦克尔孙这样的大家，还有中国复旦大学的已故教授卢鹤绂，更有很多其他的学者和业余爱好者……
来自五湖四海的人们把矛头对准了大厦的每一寸地方，甚至对每一块砖头都进行了仔细的推敲和琢磨。
最基本的两条原理、相对时空观、同时性、长度收缩、时间膨胀、质速关系、E=mc2、狭义相对论的一些实验证据……几乎所有的结论都成为了人们质疑的目标，除此之外，爱因斯坦的推理过程、逻辑结构等等也难逃一劫……在这些质疑的声音中，有一些是自身站不脚的，但也有一些确实来势汹汹，非可小视，怠慢不得。
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而在如此猛烈的攻击之下，大厦也确实暴露出来了一些令人不太满意的地方！
其实，这也是符合我们老祖宗的训言来的——谁能一眼望穿天下事，谁能一书写尽天下理呢？
说到底，每一个时期，人类的认识能力、实践能力都是有限的。而我们的理论却又正是在这样认识和实践的基础上总结出来的。所以理论规律应该是具有历史性的，也就是说，这个理论只有对于某一个特定的时期才是有效的，才是正确的。而随着人类自身的不断发展，认识和实践范围的不断扩大，必然会遇到新的现象，而这些现象再用之前的理论去解释的时候，就很有可能行不通了！毕竟，之前的理论是建立在之前的基础上的！像牛顿力学，它在低速情况下是和实际吻合的，但当我们发展到可以接触高速世界时，它就显得有些力不从心了。
而这在很大程度上也是由于物理学理论本身的一些特点所决定的。
很少有听过数学史上出现过物理学这样的大革命吧？有也是一些数学危机，但那更多可以说是由于概念等不够清晰而造成的，像无理数的出现、无穷小量的理解和集合论问题这三次数学危机。而就算对于非欧几何的诞生这样的冲击，也一样不能说欧几里得几何本身是有问题的。数学并不像物理学这样可以经常推翻之前的理论。
可以说，数学和物理学都是建立在一系列的假设的基础上的。比方说，几何学的公设，就是它的基础，而也是人为地规定的，你可以通过规定不同的公设，严格地建立起不同的体系，它们是平权的，不能说我的就对，你的就错。在数学中，一旦有了基础，只要你之后的推理是符合逻辑的，没有互相矛盾的，那么这就算一个正确的、有效的体系了。
但物理学不同，它必须得符合客观世界！（例如，你假定光速对于任何人来说都是一个常数是吧？那如果这跟客观世界相悖了，那这个假设就得淘汰！）但我们理论的基础假设呢，却是由我们主观根据经验来确定的！这就可能有矛盾了！主观的不见得就一定和客观的相符！客观只有一个，而主观则会由于不同的人会
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出现不同！所以很有可能我们的假设是存在问题的！例如以太这样的假设，它是我们主观想象的。
而只要假设出现了差错，也就是基础出了问题，那么整个体系肯定就会有不对之处了！可能它是处于一个比较明显的位置，人们很快就发现了，于是这个理论便夭折。比方说，洛伦兹的假设。但也有可能它是隐藏在一个很小很小的角落里，因为它超出了当时人类的认知范围，所以人们在很长一段时间都没有注意到它，于是，这个理论就成为了那个时代的真理了。比如说绝对时空观。
从这个角度来说，老祖宗的“时势造英雄”是非常有道理的。人类的认知永远具有时代局限性。就算你在2007年发现了3007年的理论，但在它现今的时代也是无法生存的！因为人们根本就不屑一顾，它可能远远超过了我们的社会发展，从而我们根本就用不上！想象一下，在牛耕时代，你拿量子理论去跟他说会有什么作用呢？
除非你所有的出发点——假设是正确的，否则就不能成为一个绝对正确的理论！
但不幸的是，这样的几率太小了！我们人类有史以来都没有遇到过！当然，不排除以后会遇到的可能。
接下来，我将简单说说狭义相对论在假设方面所遇到的挑战。而对于它的那些结论、推理过程和逻辑结构方面的挑战，我就不说了，有兴趣的读者可以自己去了解一下。
我之所以要聊聊狭义相对论这方面的内容，目的是为了让大家明白这样一个道理——我们很难找到一个完美的理论，狭义相对论也存在着一些不太让人满意的地方，但在对那一个时代来说，它还是具有很大的积极性的。我们应该辨证地看待狭义相对论，推而广之，更要辨证地看待一切物理理论！
这也是我们应该具备的科学素养。
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好，我们继续前进。
在狭义相对论中，沿用了牛顿力学关于“刚性量杆”服从欧几里得几何的假定。
欧几里得几何是我们熟悉的几何了。但是，前面我们也已经说过了非欧几何，事实上，只要改变欧几里得几何的第五条公设，我们是可以得到与之不同、却又同样是正确的新的几何体系，像黎曼几何就是其中的一种。为什么可以这样呢？因为虽然我们的基础（公设）不同了，但我们的逻辑推理过程一样是合法的！所以，这在数学上是平权的！也就是说，不仅仅只存在一种几何学，相反可以有很多种！
但在这里，你主观地选择了欧几里得几何！况且你又还没有知道究竟哪个几何才是真正合适的！凭感觉乱抓一个，这就有点说不过去了吧？！
打个比方说，你要从这里的A地去B地办点事情。而现在，连接A地总共就有10条道路，你在未知哪条路可以通向B地的情况下，你怎么可以说正东方向的那条就是行得通的呢？
是吧？
狭义相对论在这条假设上显得有些先入为主了。
再来看另外一个。
狭义相对性原理说到了惯性系的问题，但有点黑色幽默的是——
狭义相对论却无法解决惯性运动和惯性系的起源问题！
而光速不变原理也同样地遭遇了一些尴尬。
光速不变原理说：在所有的惯性系看来，真空的光速都是一个常数c。
这有实验证据支持吗？
没有！
所有的实验都只不过证明了双程光速如爱因斯坦所言，而从来都没有证实过单程的就是这样！
也就是说，所有的实验中，包括麦克尔孙-莫雷实验，光都是一来一回的！
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它从A处出发，到了B地就折回来，最终还是回到A处。这是双程的！双程的光速不变！
但是对于单程的呢？单是从A地到B地的呢？从来就没有实验证明过！
在这里，爱因斯坦假设了单程的光速也是不变的！
如果，这个假设跟客观现实有出入了，那狭义相对论就将面临着极其难堪的局面。
以上三个假设要素让我们感到狭义相对论的基础确实不太坚实。而且只要一有实验证实不是这样的话，那么狭义相对论的麻烦就接踵而来了。
除此之外，超光速问题也一直在试图揭开狭义相对论的伤疤，我们就来看看。
近年来，有关超光速（faster than light，Superluminal speed）的报道屡见不鲜，不断地冲击着我们的眼球。
1991年，意大利国家电磁波研究院的研究人员将一束微波通过波导管，发现随着波导管的加长，有一部分微波以超光速穿过了导管。
奥地利维也纳技工大学也在一实验中发现不管势垒有多厚，光子穿越其时间都是固定的，这就意味着超光速的存在。
2000年7月，美籍华裔、美国新泽西州NEC研究所的王利军在《自然》（Nature）杂志上发表了更加惊人的实验结果——利用铯原子气体的反常色散现象，可以使得激光脉冲群速度达到真空光速的310倍之多！
而通过利用洲际的甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry,VLBI。这种射电干涉测量是1967年在加拿大和美国几乎同时实验成功的，而中国也在1981年11月27日至29日与西德成功进行了测量。），科学家在1977~1980年间观测到类星体3C273的射电喷流的切向速度竟然约相当于光速的10倍！而其他类似的射电源膨胀速度超过光速的例子也十分常见！
这一些惊人的实验不断地向狭义相对论发起了非难。
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前面我们也已经说了，洛伦兹变换式里面的那个根式因子要求我们——所有物体的速度不得超过光速！而且，在后面的讨论中，我们也看了你要是想以光速驰骋天下的话，你必须付出代价——你的静止质量为零！就像光子那样！
但是，现在一大堆的事实摆在了面前——存在超光速！
“打倒狭义相对论！”“可以超过光速是我们每个人的权利！”“严正谴责狭义相对论的非法剥夺公民正当权利的行为！”……
口号都喊到家门口了！
看来难逃此劫了！万劫不复！
爱因斯坦永远都是那么的镇定自如，他拿开嘴里的烟斗，冷静地说——
其实，在狭义相对论里面，所要求的只不过是——信号的传递速度不可超过光速！也就是说，所有携带了信息的物质的运动速度必然不大于光速c！现在，我们必须把前面的认识再提高到这个层次，知道了吗？
事实上呀，这个世界还是有很多“超光速”的事物来的！比如一些声波的相速度就超过了光速，不过它却是没有负载信息的！而再例如一些物质波的相速度也是超过光速的，不过它也没有携带任何信息！而像上面的王利军的例子，那个激光脉冲群速度，甚至是光速的310倍，呵呵，它还是传递不了信息！所以说——
除了那个类星体的例子，上面这些所谓的超光速现象还是没有对狭义相对论构成任何威胁！因为，狭义相对论要求的是信息的传递速度绝对不可逾越光速！违者格杀勿论！其余不带信息的睁一只眼闭一只眼对待。
那，类星体的那个例子又该如何解释呢？
现在，天文学家已经比较认同了这种解释——视超光速运动。
为了可以更具有说服力地说明问题，我们跟随着天文学家的思路，实际来计算一下，看看是否行得通。
好，假设图中的O点就是一个类星体。现在，它喷出了一堆高速物质，这个喷流呢，就从O点出发，咄咄逼人地以速度v向着P点狂奔而去。而OQ呢，就
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是我们的视线方向，也就是说我们在地球是沿着这个角度去看类星体的。OQ和OP的夹角就设为θ吧。还有OP的长度为r，OQ长为x，而与OQ垂直的PQ长度则是y。
那么，很简单的是，在直角三角形中，有这样的结论，
x=rcosθ
y=rsinθ
那么喷流从O移动到P所花费的时间就是
t=r/v
想象一下，在O点发出的光线需要走过x的距离之后，再接着来到观测者眼中，而P点发出的光线（到达观测者）则会比O点的光线少走x那么长的距离。对吧？
好，那么在地球的你看来，喷流从O点走到P点所用的时间应该是
t’=t-x/c
因为你肯定是相信自己的眼睛的，那就是按照光进入你视野的时间差来算！O点的光线进入了你的眼睛之后，再过t’时间，P点的光线也来到了“眼前”（但实际上并不是，所以这是视时间）。
好，我们把x=rcosθ代入上式中，于是得到
t’=r/v-rcosθ/c
尝试提个r/v公因式出来，当然，这样做的目的是为了后面容易观察、处理，
t’=(r/v)(1-γcosθ)，这里的γ=v/c。
而且在你看来，喷流应该是从Q点走到P点的（可以明白吗？再想想，要从你自己所看到的角度出发！），所以，喷流的视速度是
v’=y/t’=(rsinθ)/[ (r/v)(1-γcosθ)]=vsinθ/(1-γcosθ)
OK！接下来，我们来讨论一下，视超光速是怎样产生的。
当v远远小于c的时候，γ就相当接近于零（有点像狭义相对论中的讨论，不过，却是决然不同的两回事！），那么视速度v’就近似为vsinθ。这是接近真
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实结果来的。但当v和接近于c，结果就大相径庭了！只要你算一下，就会发现，视速度v’甚至可以大于光速！
这就是视超光速产生的原因了！
我们可以来具体算一算。
假设喷流在O点的光线经过100年到达Q点。而v很接近于c，喷流经过101年后到达P点。设θ等于8度，而PQ长为14光年。
Q、P到观测者的距离差异就忽略不计了，因为这点差异跟那些距离比较起来，就是“小巫见大巫”了！
呵呵，这在观测者看来，喷流仅仅用了1年就从O来到了P！ 而PQ距离只不过是14光年！算一下，结果的速度是多少？光速的14倍！
能够大肆宣称你发现了超光速了吗？
肯定是不能的！
“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”，要知道，“看”到的未必就是正确的呢！
“眼看”未必“为实”呀！
不要忘记，世界杯球场上，由于裁判跟你们的视角不同，可能有些判罚结果会相差十万八千里呢！
而视超光速的产生与什么因素有关呢？
留个作业吧。
给个提示，可以根据上面的那个视速度的表达式，看看它与速度v和角度θ有什么关系。
依此看来，那些报道都还真未能够把狭义相对论拉下历史的舞台呢！
不过，上面这些解释是不是真的就是绝对正确了呢？仁者见仁，智者见智吧。
无论如何，这都在某一种程度上冲击了狭义相对论的结论，虽然未成大气，但都带给了我们这样一个革命的气息——按照如此走向，或许，若干年后，随着人类认识、实践范围的扩大，说不定还真发现了“真正意义上的”超光速呢！
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而根据中国科技信息网（Chinainfo）2007年8月16日的消息，英国《每日邮报》（Dailymail）8月15日报道说，德国科学家利用量子隧穿效应（quantum tunnelling）找到了让光突破自己的速度限制的方法。对此，德国科布伦茨大学（the University of Koblenz）的Gunter Nimtz教授说：“目前，这是我所知道的唯一违反狭义相对论的一种现象。（"For the time being, this is the only violation of special relativity that I know of."）”如果这个实验得到确认的话，那将意味着狭义相对论需要被改写。
在上个世纪60年代，人们从理论上预言了一种超光速粒子的存在——快子（tachyon）。这种粒子将可以以超过光速的速度运动，而且具有其他一些奇非常怪的特性，不过至今尚未有重大的突破。要是这种粒子被证实存在的话，将会发生什么样的事情呢？留给诸位去思考吧。
在光速的问题上，谁会笑到最后呢？
是爱因斯坦吗？
看来，只有让时间来告诉我们了！
冤冤相报何时了？
自1927年的索尔维会议算起，长达28年、战场跨越欧洲和美洲大陆的爱因斯坦—玻尔论战随着爱因斯坦的离去暂且告了一个段落。双方最终谁也没有说服谁，使得对方相信自己的观点。然而，两大理论本身的对峙却没有因此而停止步伐，反倒愈演愈烈。
前面我们已经说过，狭义相对论骨子里头有着经典理论的光荣传统，之所以叫做“经典理论”，那正是用以区别于量子力学。
决定论，那是经典理论的精髓。
是的，万事万物的运转早已被铁定了下来！
我们只要知道某一系统在某一个时刻的所有数据，那么我们将可以推算过
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去，预知未来！
上帝不过是一个钟表匠而已！
然而，量子力学却将这样的传统扔进了历史的垃圾桶！
对量子世界而言，一切由不确定性主宰，一切由概率论来说话！
每一件事都是不太确定的！每一件事的发生都有一定的概率！
它可能有20%的机会这样发展，而有80%的机会那样发展，但是，你却预言不了它接下来究竟会发生什么样的事情！概率小并不意味着它不会发生！概率大也绝不预示着它必定会发生！
是的，只能用概率来描述！
这个世界是概率的世界！
这从根本上跟狭义相对论相悖！
然而，在微观世界的实验中，这样的法则却屡试不爽！
以致于在1986年，英国剑桥卢卡斯的莱特希尔（James Lighthill）教授（这个位置可是当年牛顿坐过的，而反物质的预言者狄拉克也担任过这个职位，前面也说了，现在由霍金掌管）公开向全社会作出了这样的道歉：“现在我们都深深意识到，我们的前辈对牛顿力学的惊人成就是那样的崇拜，这使他们把它总结成一种可预言的系统。而且说实话，我们在1960年以前也大都倾向于相信这个说法，但现在我们知道这是错误的！我们以前曾经误导了公众，向他们宣传满足牛顿运动定律的系统是决定论的，但是这在1960年后已被证明不是真的！我们都愿意在此向公众表示道歉！”
是的，爱因斯坦输了！
是的，决定论也输了！
而在因果律方面，狭义相对论也同样遭遇了滑铁卢！
爱因斯坦深深地信奉因果律，而他的理论也是满足因果律的要求的。对于爱因斯坦来说，这是显而易见、毋庸置辩的事情——在所有的惯性系看来，一件事情的起因都必须发生在其结果之前。举个例子来说，“苹果掉了下来”这是起因，
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而结果是“牛兄发现了万有引力定律”，那么对于所有观测者来说，都应该是这样——起因在结果之前。而不应有人看到：牛顿发现了万有定律之后，苹果掉到他的头上！
而前面我们也讨论了，光速作为最大的信号传播速度，恰恰保证了这样的秩序要求。
其实，选择因果律蕴涵着一种自戕的意味。
在经典理论中，包括牛顿力学和相对论，时间是没有箭头的——它们是决定性的，我们可以推算过去，更可以预言未来，而且经典理论对于向前和向后的时间是不可区分的！
也就是说，向前和向后的时间是一样的！是等价的！都是方程所允许的！
这就有一些不太漂亮的地方了！
我们再在“苹果掉了下来”的前面加个原因——“苹果熟透了”。
按照因果律的理解，每一个起因唯一地导致了一个结果。
但参照经典理论，向前和向后没有区别！那么，很明显，我们可以这样说——苹果掉了下来导致了牛顿发现万有引力定律；也同样可以说，苹果掉了下来，导致苹果熟透了！
因为在经典理论中，没有方向可言！向前和向后都是等价的！
但这就跟我们的生活经验有些矛盾了！
苹果掉下来怎么能说是苹果熟透了的原因呢？！
所以经典理论在这些不可逆的现象上遭遇了极大的尴尬！
由于理论本身是没有时间方向的，是前后对称的，而再去选择因果律，就会在解释一些现象上显得力不从心了。
另外，在量子力学中，却出现一些违背了因果律的事情。
比如说，当我们在某一个地方对电子进行测量后，它那弥漫于整个空间的波函数就会坍塌。然而这种坍塌却改变电子在整个宇宙空间的状态！
测量可以使所有的可能结果瞬时变成一个确定的结果！
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这意味着什么呢？你在一点进行了测量，却瞬时影响到了所有的地方，不管它有多么远！
这种非局域性的坍塌将会违背因果律的铁条！本来有一些地方跟测量处是没有因果关系的，它们相距太远了，以致于用光信号也不能联系！但是，在量子力学中竟然出现了这样的事情！
（如果你在这里感到一头雾水的话，不要紧，你只要知道有这么一件事情就足够了——量子力学中存在违反因果律的事件，而不必去深究。要是你对此有兴趣的话，可以去读一下量子力学的相关书籍，可以说，量子力学也是物理学中最动人的篇章之一。）
不幸的是，这种奇妙的预言再次得到了实验证据的支持！
1982年，阿斯佩克特（Alain Aspect）和他的同事在浪漫之都巴黎进行了相关的实验，结果证实了量子力学的预言！
爱因斯坦又输了！
输得一败涂地！
毋需赘言了，否定的实验证据上只需要一个就已经足够了！
否定后件的推理！
等于已是判决了经典理论的死刑！
是的，爱因斯坦，别去指挥上帝该怎么做！
好了，关于狭义相对论的挑战我就简单说到这里吧。对于其他的结论，或者逻辑推理上所受到的质疑和挑战我就不说了。其实，在广义相对论里面，同样遭遇了不小的挑战，像广义相对论的原理就跟宇宙学上的结论出现了一些不协调。
如此看来，狭义相对论已是伤痕累累。
那么，面对这样一个充满疙瘩、百孔千疮的理论，我们是不是应该彻底抛弃它呢？
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不可！万万不可！
检验一个理论的好坏，最根本的要看它是否能够对人类的社会进步作出贡献，是否为人类带来巨大的财富！
我们绝对不能忘记相对论所带来的巨大社会财富。在粒子领域相对论已是不可或缺的工具，在GPS等方面也发挥着重要作用。从这个角度来说，它依旧是符合我们这个时代的好理论！我们应该不断发挥它的长处，让它继续为我们带来更大的社会财富，直到它一点用处也没有的时候方能将它摆进博物馆。事实上，我们现在不也依旧在运用牛顿力学吗，因为它依旧是低速世界的一个好理论！
如果我们一味地追求一个绝对完美的理论，很有可能是竹篮打水一场空！我们将会两手空空，没有一个理论来指导我们的实践活动！更不可奢谈任何的社会财富！这样的话，科学将失去它最原始的意义！这是不合算的！更是不可取的！
但是，我们也不可认为狭义相对论就是不刊之论。随着科学的不断发展，狭义相对论必将会被其他的理论所取代，这已成为诸多物理学家的一致观点。
一言以蔽之，我们必须辨证地看待一个理论！
好了，一路来走到现在，咱们的冒险旅途也即将要结束了。看到了没有？前面就是终点站了！
胜利的红旗迎风飘扬，胜利的歌声多么响亮！
回想一下……
我们在16世纪的欧洲踏上征途，见证了那个时代翻天覆地的革命思潮席卷大地，看到了那个世纪科学与宗教的不朽斗争，而科学先贤们为了真理不惜抛头颅，洒热血，谱写了一曲曲动人肺腑的科学赞歌！
我们曾经与伟人同行，领略了日臻完善的经典物理学大厦的金碧辉煌，云蒸霞蔚。见到了经典物理学如日中天，气贯长虹的一派景象。
我们也曾冲进那场由两朵不起眼的小乌云所带来的暴风骤雨中，见证了脆弱的经典物理学大厦如何在风云变幻中轰然坍塌！
我们还曾在麦克尔孙-莫雷实验中徘徊歧路，面对满目疮痍的世界，我们如
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堕五里雾中，百思不得其解。
我们也曾亲临人类科学的异端分子身边，目睹了他的叛逆成长、不畏权威。更体会到了他傲视群雄，崭露头角，叱咤风云，用五篇含英咀华、荡气回肠的论文，在惊涛骇浪中大刀阔斧地开辟了一个新的时代！
我们还被那些“空间与时间齐飞，质量共能量一色”的千奇百怪的结论弄得头昏脑涨。相对时空观、时间膨胀、长度收缩、质量变大……一时间让我们眼花缭乱，应接不暇。
我们同样感受到了爱因斯坦在和平事业上的奔走疾呼，在统一场论的探索上壮志未酬，以及在世纪论战上的针锋相对。
我们也细细品味了目前狭义相对论的种种挑战，与量子力学那不可逾越的鸿沟。
快乐、迷茫、泪水、汗水……
……
诸位呀，现在，请屏住呼吸，闭上眼睛，细细体会一下，冒险的长征终于落下帷幕，有没有一种过后尽开颜的冲动？有没有一种功成名就的感觉？是不是“回首向来萧瑟处，也无风雨也无晴”呢？
放下行李吧！好好地洗个澡，换上一套轻松的衣服，今晚我们还有一个篝火晚会，同时还会给大家一个大大的惊喜……
第五章 学到了什么？
古人曰：“上下四方曰宇，古往今来曰宙”，这正是“宇宙”一词的来源，而也指出了宇宙应该是指时间和空间所有一切。
而时间是什么？直至今天，物理学仍然没有一个确切的回答！
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而至于有关微观粒子的问题，希望你可以进行一次学习，那也是非常好玩的！从电子到夸克，你将经历一次梦幻之旅！
可能在描述“日心说”这段历史时，过于戏剧化了一点，不过那些日期呀，书名呀……还是有依据的。至于参考文献，我会在正文结束后帖出来。
皓月当空，光浴万物。禽鸟啾啾，水声潺潺。芳草鲜美，落英缤纷。野芳幽香，佳木繁阴。清风徐来，树影婆娑。
这，的确是一个美好的夜晚。
把酒临风，金杯错落。玉手琵琶，霓裳六幺。诵明月之诗，歌窈窕之章。
好不热闹！看来，有人比我们先到了！
“欢迎！我们已恭候多时！”一群人向我们走了过来。
仔细瞧瞧！看看他们是谁！惊喜若狂吧？！
爱因斯坦……牛顿……伽利略……哥白尼……麦克斯韦……洛伦兹……麦克尔孙……玻尔……霍金……
怎么全都来了？
哈哈！别愣住了！我们都坐下来吧，围着篝火坐成一圈。呵呵！你要左在爱因斯坦的旁边是吗？行，没问题！
也不要矜持哟！今晚所有的的科学家都会说中文！畅所欲言便是。
我们来好好回忆一下，一路来我们遇到了些什么，又学到了什么。
好，接下来，每个科学家都会向你们提一些开放性的问题。
爱因斯坦先来吧。
“小朋友们（这厮竟然这样叫我们）！一路走来，我们不断看到一些奇怪的事情，光速不变呀，运动的木棍缩短呀，时间变慢，还有质量竟然会变大！这些似乎都违反了我们的’常识’！不过，你的脑袋转过来了吗？接受了这些令我们瞠目结舌的东西了吗？Peter Coveney 和Rogen Highfield在他们的著作《时间之箭》中说了这样一句话——’遗憾的是，常识往往是对真实世界的误导！’，
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一路过来，相信你也不止一次地体会到，似乎我们的常识经常在蒙骗我们！这对你以及你的认识产生了怎样的影响？结合科学家们的探索过程，你又认为这个世上还有绝对的权威吗？”
爱因斯坦就是爱因斯坦，一下子就问了三四个问题！好，欢迎哥白尼先生！
“你有没有感觉到了物理学发展的特征？是不断地由新代旧吗？是一步步地接近真理的吗？这你又有什么感悟？对于生活方面的呢？”哥白尼给我们的感觉永远是一个“革命家”！
“近代科学之父”伽利略小心翼翼地站了起来，还用双手在四周乱摸了一通，1637年，在宗教裁判所的的囚禁下，他双眼完全失明，看起来非常憔悴，让人十分伤感。他清了清嗓子——
“你们有没有体会到，……每一个新的想法、一个新的理论，都是那么充满想象力？……嗯……想象力重要吗？”
笛卡儿缓缓地搀扶着伽利略坐下，然后说道：
“记得A.Lightman说过：’对于现代一个物理学家来说，电子这个词就意味着一个特殊的方程’，物理学终究离不开数学！通过这次冒险，诸位是否感觉到，数学对于物理学很重要，而且数学公式也并没有想象中那么可怕？”
牛顿面无表情地站了起来，挥动着手指说：
“经典力学还重要吗？是不是有了相对论，就可以完全地把它丢开？我们还需要经典力学吗？”
洛伦兹接过话来，笑了笑，问道：“对于狭义相对论，你认为它是个人的创造多一些，还是时代造就了它的光辉？”
玻尔看了看爱因斯坦，对着他笑了一笑，指着爱因斯坦说：“怎样去评价爱兄？”爱因斯坦听了，一边点头，一边微笑。
霍金驾驶轮椅，来到圈子中央，在篝火旁，发声器响了：“ 1988年的诺贝尔物理奖得主L.M.莱德曼教授坚信，在全球60亿人口中，一定有一颗年轻的、与爱因斯坦同样智慧的心在等待着被发掘，会是你吗？如果你是一位物理学家，
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你会怎样去面对现在相对论所面临的挑战？”
王淦昌站了起来，用手梳了一下头发：“畅谈一下自己本次冒险最大的收获吧！”
好，对于以上这些问题，我们都不要求一个确切的答案，你可以只是简单地想一下，甚至不想也行。最后，让我来问大家一个非常重要的问题吧。
还记得吗？旅途刚开始时，我让你们记下了当时对相对论的感觉。现在，你们来比较一下，你对相对论的了解比以前多了一点点吗？
如果答案是肯定的话，那我的初衷就算是基本达到了。
不管如何，现在冒险已经完全结束了。收拾好你们的行李吧！噢！呵呵！还要找科学家们签名是吧？那你快点……
解散喽！拜拜……
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著名物理学家评论
中国心
编录
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相对论认识观
一位民间科学爱好者给我寄来了《聊聊狭义相对论》这部书，问我有什么看法。浏览了一些章节，没有来得及细读，初步印象以为这部书主要介绍相对论方面的物理学史，并罗列了相对论的一些结论。青年读者饭后茶余读读，以了解相对论的一些概念和知识，对准备学习相对论可能会有促进作用。但我想申明的是，这并不是一部科学著作。正值相对论在国际国内引起广泛争论的时际，这部书的出版，或许有可能将更多中国青年学生拉向盲目崇拜爱因斯坦的道路上，这未必不是一件好事情。因为媒体的持续热捧，大家将一个人看作神顶礼膜拜，狂热过后就要运用科学的手段，发挥自己的聪明才智，去追索这个神的诞生地。那个时候，人们就会发现，原来自己崇拜的对象并不是真正的神，世界上也本无神存在。
科学问题总是要大家积极探讨的。一个没有研究相对论人，不知道相对论具体逻辑是否真正无懈可击，通常都选择沿用现有的标准理论，这是无可厚非的。目前，中国主流理论物理工作者还停留在背诵和歌颂爱因斯坦相对论的阶段，世界主流物理工作者都不公开研究相对论逻辑的自洽性，这原因是非常复杂的。但是作为一名科学工作者，为书做序，无科学依据地中伤研究相对论逻辑的人们，这极不妥当！当我们有意肯定一件事物而试图借机抨击与自己观点不同的学术见解的时候，应当慎重考虑自己的每一句话是不是该说，科学家应当对自己面向公众的任何言行负责。要知道，如果我们的对手真正掌握了真理，他们的理论最终会被世界科学界认可，用不光彩的手段打压，是科学家不应当有的行为。评价相对论研究者的观点，我们首先应该问自己一系列问题。你做过哪些相对论实验并证明了相对论完全正确？你用过什么样的逻辑严格证明相对论完全正确？你推
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翻过哪位学者质疑相对论的论文因而证明他不懂数学？你研究过理论物理的逻辑和方法论吗？你的言辞是否与一个科学工作者的身份相符？
国家正不断加大投入科学研究。但我们清楚地知道，要在自然科学基础理论上做出开创性的工作是一件非常不容易的事情。中国学术界暗藏一种不良现象，科学家拿着高薪水，享受优厚的待遇，却不能专注于研究自然科学，而钟情于科学之外的事物。极少数同志甚至将精力用于经营无关于科学研究的博客，你的真正动机是什么呢？部分导师招收研究生甚至热衷于性别选择，你的真正动机又是什么呢？任何不思进取的行为，对于科学家都是不可取的，也必然受到公众的批评。目前中国理论物理水平在国际上还是非常低的，有很多问题我们都不十分清楚，因此我们应当将更多的精力投入到科学研究中去，为国为民，做出我们置身中国科学要津而应当做出的贡献。
关于相对论，我也常被科学爱好者责问，爱因斯坦真的完全正确吗？认真看看这些科学爱好者的论文，尤其是数学功底较深的科学爱好者的论文，说实在的，我们很难驳倒他们的严密的推理。但相对论毕竟是世界公认的一部理论，中国物理学者在世界科学殿堂上并没有定夺重大科学事件的发言权，因此，目前我们还没有做好充分的准备放弃相对论。但任何支持或质疑相对论的有新意的著作问世，都是受欢迎的。在此，我向《聊聊狭义相对论》的作者表示祝贺，因为这本书的顺利出版。
吴岳良
中国科学院院士
中国科学院理论物理研究所研究员
中国科学院理论物理研究所所长
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聊聊《聊聊狭义相对论》
毕业的学生送我一份礼物，打开一看，是印刷精美的《聊聊狭义相对论》一书。虽然作者可能还没有系统研究过狭义相对论，还不知道相对论这部理论的数学本质，但年轻作者热情奔放地歌唱相对论，童言无忌，让我有了“落日黄昏，青春犹在”的美妙感觉。
《聊聊》作为非学术类科普读物，主要汇集网络上相关的物理学史资料，倒无不可。但请李先生做了个序，首先就把真正追求真理的伟大队伍重重打了一棒子，李极力推崇读理论物理要像他们那样死记硬背不问来龙去脉的愚昧思想，虽然也能混进学术界，然而其嫉恨质疑相对论的青年俊才的陈腐观念让人大掉胃口。相对论再度引起了中国青少年的兴趣，主要原因在于更多的中国天才青年学者发现，其明显的逻辑错误因为一直以来被背诵物理的人们宣传为真理的中国物理学研究模式就要宣告结束了，中国那种教育体制下产生的高分低能的学术统治者也即将退出历史舞台。《序》像刑场上处于弥留之际的人的最后令人厌恶的呻吟，实际上给这本书埋下了不详的种子。任何有关相对论的著作的最大读者群恰好是那些质疑相对论而孜孜不倦、默默无闻地检验相对论逻辑和相对论实验报告的人们。他们，正是热血奔放的天才青年学者们，还有更多的天才青少年将加入书写这科学历史上最光辉篇章之一的伟大队伍中来，特别在中国。序言却让这样一支伟大队伍的每一个优秀学者感到内心深处的反感，从而放弃购买。如果说为这一部热情洋溢的颂书感到有些遗憾，或许是多虑的。我并不反对《聊聊》出版，任何人也没有理由反对这一本书的问世，因为每个人都可以有自己的科学信仰。但我不认为《聊聊》对未系统学习研究过狭义相对论的人们有积极的帮助，书中
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对科学逻辑的叙述不是严谨的，也缺乏基本的科学方法。我永远相信年轻人接受真理的能力，相信曾受质疑的80后和90后的天才青少年们的科学天赋。中国青年学者用他们无与伦比的智慧研究相对论的假设、逻辑和推论，正付出艰苦卓绝的努力，即将取得让世界科学家们拍案惊奇的巨大成就。
一个伟大的科学时代，一个属于中国青年的崭新的科学时代，即将来临，让我们站在世界的东方，张开双臂，迎接吧！
宋健
中国科学院院士
中国求实类高级学术期刊
《前沿科学》创始人
《前沿科学》主编
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相对论的数学结论
中国学生充满激情地写书歌唱爱因斯坦了。当西方国家因为相对论疯狂了一个多世纪，并开始发现这个怪异的理论隐含着大量的数学推理错误，而苦苦寻找最合适的途径处理这历史性的尴尬科学事件的时候，中国人开始为狭义相对论疯狂了起来。看来，中国科学要永远落后西方一百年。
对于《聊聊狭义相对论》这样非科学的书籍，科学家们通常是不会参与评论的（除非那些在科学界一直靠混的人才会认为他是科学著作或科普著作。这是科幻小说，明白吗，中国科学院理论物理研究所的某大研究员？）。但这次倒是个例外，或许因为有智者感觉《聊聊狭义相对论》可能对中国青少年产生非积极的影响，因此，书虽然发行了，研究者们亦积极帮助发布完整网络版。任何一个读过大学物理的人，再读《聊聊狭义相对论》，都会有一种感觉：一位没有系统研究过数学物理的诗人，因为媒体的歌声此起彼伏而大发灵感，引吭高歌崇拜了爱因斯坦。《聊聊狭义相对论》的作者正是那位诗人！狭义相对论的逻辑，实际上不过几页纸，其深度也仅仅限于中学物理水平，正如《聊聊狭义相对论》所引用的几个公式一样。但当年的物理家们需要把它写得更复杂，原因是多方面的。这部理论主要产生于历史上物理学家们关于当时未解问题的混乱思维。那个年代，西方科学状况正如今天中国的科学状况，通常研究数学的人们不懂物理，研究理论物理的人其实也只有中学数学水平。即使广义相对论建立的时候，爱因斯坦的数学水平也没有超过大学物理系二年级的学生。但这个人真的很幸运，或许是因为他关于光电效应的解释树立起的权威，居然有人愿意为他的那些怪诞的想法建立数学理论。现在看来，这种数学是有意识被搞得更多的人不愿意去读它，因而它的错误解不被大多数人知晓。研究理论物理的人，有一个心照不宣的秘诀，当多年做不出一件成就的时候，就会造出新的数学记号，并用大家陌生的方式拼凑一个方程的解，宣布是新发现的规律。等后来人终于明白这是一场骗局的时候，
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时间有可能已经过去一百年了。这种骗局，将成就新一代的物理学者！
相对论是正确的吗？很多极有成就的数学家和物理学家都在思考这个问题。事实上，至今没有任何实验能够真正支持相对论，也没有实验能够真正驳倒相对论。我和我的数十几位研究生业余验证过相对论的不少可重复操作的实验，发现那些关于相对论的实验数据都是根据相对论的结论加进误差项写出来的！不可重复的实验就可想而知了。虽然没有人愿意成为天下庞大狂热崇拜群的第一敌人，但我们将择机公布我们的证据。一部科学理论，如果没有任何数学矛盾，大家完全能够接受他。问题是，相对论是否真的没有逻辑矛盾？难道世界上那么多科学家质疑他，也都是因为不懂数学元素？我近来也审阅过直接来自于作者的多篇指出狭义相对论数学推理隐含着严重错误的论文，我建议作者投给物理学专业期刊。此后我也同美国物理学会一位资深编辑讨论过此事。他认为，目前发表揭露相对论数学错误的论文时机还不成熟。我想，这样的著名期刊肯定在密切关注着世界各国学者关于相对论的动向。现在，几乎每天都有美国物理著名学者收到来自世界他国批判相对论数学错误和相对论实验报告造假的论文，并一直在认真研究那些论文。哪一天爆发？谁也说不准美国人在某年某月的数十种科学期刊同时刊载他们批判相对论的论文群。那时候，中国学者就会明白，原来相对论的居然是如此低级的数学错误演绎的结果！
或许，一百年过后，中国的青年学生才能听到中国的物理老师讲，一百年前数十位美国物理学家同时发表数十篇论文，指出了爱因斯坦相对论的数学推理是完全错误的……
甄 理
（化名）
美籍华人国际著名物理学家
美国某著名大学
物理好图 聊聊狭义相对论
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