相對論能不能被質疑？

當然可以質疑，思想上，你可以質疑一切。但是，你總得相信一些東西吧。質疑也好、顛覆也罷，前提是相信了什么，然后以此為基礎，才能去質疑一些東西、創新一些東西。

嚴肅思考而嚴肅質疑，你得像愛因斯坦用相對論去質疑牛頓力學一樣。

1919年5月29日，英國天文學家艾丁頓，在日全食的情況下，觀測到本不應該出現在太陽周圍的星星。這個觀測說明太陽彎曲了星光的運動路線，證明了廣義相對論的正確。在艾丁頓宣布觀測結果之后，英國泰晤士報用了這樣一個標題進行報道，即《科學革命-關于宇宙的新理論-牛頓思想被推翻》。

要知道牛頓是英國人，被譽為近代科學之父。但是，在嚴格的科學面前，人家英國人竟用標題黨的形式，“牛頓思想被推翻”，來證實愛因斯坦的質疑、承認相對論的正確。

而某些質疑呢？

1905年9月26日，愛因斯坦發表了《論運動物體的電動力學》。而這篇論文就是狹義相對論。1905年，是大清光緒三十一年。相對論，是一百年前的理論，是大清朝就已經存在的理論。

然而，2007年，燕山大學的一名研究員發表了一篇論文，叫《狹義相對論的本質及對科學哲學和社會的影響》。這篇論文引用了50條參考文獻來說明狹義相對論是“科學體系中的一顆毒瘤”。

愛因斯坦也質疑，卻是拿著相對論挑戰牛頓力學。這是科學操作。而拿著哲學和社會科學，去質疑相對論，相當于拿著大刀長矛去挑戰原子彈。這是民科操作。

如果質疑是這樣的，那么，這樣的質疑還有什么價值？

我們沒必要把精力浪費到這篇文章到底是怎么奇葩論證的。而更應該思考的是：這種論文是怎么發表的？它居然能發表了，這已經堪稱神奇了。

最近，這篇文章的作者燕山大學教授李子豐，又冒了出來。其所主持的“堅持唯物主義時空質能觀，發展牛頓物理學”，竟然還被公示獲獎了。而這件事居然發生在2021年。

神奇不、彪悍不？這不是要顛覆相對論，而是要顛覆當前的科學范式。如果成功了，這一定要引發科學革命。

那么，李子豐到底是怎么質疑相對論的？

其首先認為，“狹義相對論的錯誤源于對光速不變原理的錯誤理解”；類比認為，如果“將狹義相對論公式推導過程中的光速改為聲速”，那么“就會得出任何物體運動不能大于聲速的結論”；結論認為，“狹義相對論的理論基礎是錯誤的”。

別說自然科學了，你就是社會科學也不帶這么論證的。光速不變，其精確敘述是：光在空間（真空）中的移動速度不變，進而空間中不存在超光速的信息傳遞。

相對論，是建立在這個事實或假設的基礎之上。（PS：宇宙膨脹可以超光速，但那是空間問題而不是空間中信息或物質傳遞的問題；之所以“或假設”，是因為光速不變并非是1+1=2的純數學演繹推理）

然后，你整個聲速做類比，到底要搞什么鬼？空間中，沒有超光速的信息傳遞，沒質量的信息信號不行，有質量的宇宙飛船更不行。

那聲速呢？

“就會得出任何物體運動不能大于聲速的結論”，這是罔顧事實的臆想假設，事實堅決不支持。別說信息信號傳遞了，就是超音速飛機，都能載著導彈超過聲速。

光速不變，那是事實；聲速不變，那是假設。而如果光速不變也是假設，那則是有根據的假設。而聲速不變，則是純靠臆想了。

你拿著聲速不變這個臆想假設，并以此為基礎，到底要論證出一個什么神奇理論？

我們可以質疑一切，但是，得出有價值的質疑一定需要嚴肅的思考。如果沒有嚴肅思考，所謂的質疑就是抬杠。

不質疑，也會陷入一種迷信。難道我們就一定要迷信地盲從相對論嗎？

創新和質疑之前，你得相信一些東西。否則，質疑毫無價值、毫無意義。因為相信的這些東西，是我們能夠去質疑的武器。

而相信的前提，則是理解。如果我們連相對論到底是怎么回事都不知道，那么，不僅沒有資格去質疑，而且也一定會被各種奇葩質疑所迷惑。

作為一個普通現代人，我們能否”淺嘗輒止“地了解一下相對論？

相對論是一百年前的理論，我們有必要去了解。否則，對不起自己生在相對論問世之后的時代。而大清光緒年間的理論，我們應該有能夠了解的自信。術業有專攻，不求理解到數學、物理學層面，但了解到思想層面，這是完全可能的。

所以，這里不從物理學、也不從數學的角度，去解釋相對論，僅從思想和歷史的發展，來提供一般的了解。

了解愛因斯坦相對論之前，我們需要先了解一下伽利略相對論，即伽利略相對性原理。

在一個慣性系的內部所作的任何經典力學實驗，都不能確定這一慣性系本身是處于相對靜止狀態，還是勻速直線運動狀態。

由此可以推論：勻速直線運動和靜止沒有本質區別，速度都是相對的，脫離坐標談速度，沒有意義。

從這個概念本身出發，舉例：你在“靜止”的實驗室里做力學實驗，與在“運動”的火車上做力學實驗，根本沒有區別。靜止坐標系和勻速直線運動坐標系，力學定律都一樣。

從這個推論思想出發，舉例：你在時速100公里的火車上往前跑，速度是15公里每小時，但在火車上這個坐標系，你的速度仍舊是15公里每小時；而相對火車之外的地面靜止坐標系，你的速度則是115公里每小時。切換到不同坐標系，速度需要疊加計算。

這就是伽利略相對論。

這沒啥可奇怪的！所謂“不識廬山著真面目，只緣身在此山中”。這一點，不僅哲學家能想到，文學家也能想到。從純粹的符號世界和文字的形式主義中，也能看到這種啟示。所以，哲學家肯定會自信滿滿地說：不跳出自己的坐標系，你當然不知道自己是運動還是靜止，我們早就想到了。

但，接下來發生的事情，哲學家怎么想、也想不到了，即光速不變。

從“靜止”實驗室射出一道光，相對實驗室，光的速度是c，真空中是299792458m/s，一般取30萬公里每秒。而從秒速為83.3米的火車上射出一道光，光的速度仍舊是是c，卻不會是c+83.3m/s。如果把火車換成更快的宇宙飛船呢？無論你怎么換，射出去的這道光永遠是c，而不會是c+某某。

既然速度是相對的，那么光速到底相對于誰？

為了解決光速相對于誰的問題，物理學家甚至發明了以太這個概念，認為宇宙中遍布一種叫做以太的介質，而光速是光相對于以太的速度。

但是，以太并不存在。

如果以太存在，那么以太也會有個方向。于是，只要逆著以太的方向，那么光速必然下降；而只要順著以太的方向，那么光速必然上升。1887年，美國物理學家阿爾伯特?邁克爾遜通過實驗確定：光速在所有方向都一樣。所以，以太解釋不了光速危機。

到這里已經有點兒亂了，所以必須梳理一下：

把伽利略的相對性原理，做一個更精煉的概括是：力學在一切勻速直線運動或靜止的坐標系中，都是一樣的。

但是，電動力學呢？麥克斯韋通過電動力學解出了光速。然而，光速卻無法用伽利略相對性原理進行解釋。因為無論怎么轉換坐標，光速始終不變。

于是，一場光速危機出現了：光速與光源所在的坐標系無關，光速在各個方向都一樣，而以太并不存在。

那么，光速不變，這個危機到底該怎么解釋？

1905年，愛因斯坦出手了。他的《論運動物體的電動力學》，提出了危機的解決方案，簡而言之就一句話：一切勻速直線運動或靜止的坐標系下，電動力學定律都一樣。

伽利略相對論說力學定律都一樣，而愛因斯坦相對論則說非獨力學定律都一樣，電動力學定律也都一樣。

但是，光速呢？光速到底相對于誰？愛因斯坦并沒有說清楚這個問題啊！

愛因斯坦說清楚了。

因為電動力學規律無論在哪個坐標系中都一樣，所以光速無論在哪個坐標系中都一樣。光速不變就是電動力學的規律。那么，光速到底相對于誰呢？

在承認電動力學都一樣的前提下，愛因斯坦提出了一個信念，那就是：光速不是變量，而是常量，它相對于誰都是：c = 299,792,458 米/秒。

創新需要質疑，革命需要勇氣。

但質疑是廉價的，勇氣往往用武于相信。新的科學發現，需要一種敢于相信的勇氣。光速不變是相對論的基石、普朗克常數是量子力學的基石。新的科學理論之所以被發現，最難的不是敢于質疑如此種種，而是敢于相信如彼某某。

而我們到底該怎么理解這種相信呢？

光速不變，并非是絕對真理。因為它不是1+1=2純粹演繹出來的知識。我們可以把它看做是一種歸納而來的假設。目前為止，我們可以認為這種假設就是宇宙的真理。然后，大膽假設、小心求證。相對論就是這么來的。再接下來，就是一個大膽假設、勇于相信、不去質疑且小心求證的過程。

這個過程，更需要勇氣。

我們要相信光速不是變量，而是常量。

但，伽利略相對論的問題，你怎么解決？速度在不同坐標系下應該疊加，憑啥光速這么特殊？無論怎么轉換坐標，它都不疊加？

你與光同向運動，相對于你，光速并沒有減去你的運動速度，它選擇了c；你與光逆向運動，相對于你，光速也沒有加上你的運動速度，它還要選c。無論如何，光速都選c。

這就是不講理。光速到底出了什么問題？

一定是出問題了。但是，只要你勇于相信光速不變，那就可以推論認為：出問題的不是光速，而是我們自己。具體說，就是我們的時空觀出了問題。

做出這種推論，最需要的不是智商而是勇氣。要相信光速不變這個大膽假設，愛因斯坦一氣顛覆了絕對時間觀和絕對空間觀。

那數學呢？物理定律不能違背數學啊。

當然不違背，因為相對論需要新的數學公式來計算。

假設一艘飛船在以0.75c的速度運行，然后在這艘飛船上發射一艘火箭，速度還是0.5c。那么，相對于“靜止”的地球，這個速度是多少？計算公式是0.75c+0.5c=1.25c，于是超光速了。

但是，光速不變啊！

飛船相對于地面的速度是V，火箭相對于飛船的速度是V1，火箭相對于地球的速度V2，在相對論中，求解V2應該采用相對論的計算公式，即：V2=(V+V1)/(1+VV1/c2）。按照這個公式計算，火箭相對于地球的速度，即V2是0.91c，并沒有超光速。

在低速運動中，V2可以等于V+V1，但在高速運動中，V2則需要相對論的計算公式。你必須把時間和空間都當做變量進行考慮，因為絕對時間和絕對空間不成立。在高速運動的情況下，時間、空間，甚至包括質量，都會成為變量。而這些都可以根據光速不變和數學運算推理出來。這里不再描述數學了，只說狹義相對論的思想，記住三點就夠了：

運動物體的時間會變慢（時間膨脹）；

運動物體的長度會縮短（空間膨脹）；

運動物體的質量會增加（質量變重）。

但是，這些要在高速運動中才能顯現，低速運動的特例情況下，則可以忽略不計。所以，牛頓力學在低速運動下是成立的。

同時，根據質量變重，我們還可以得出另外一個思想，即：質量就是能量。而得出的重要公式是e=mc2。這個公式就是原子彈的原理。

這一切都是因為光速不變。以光速不變為基礎，我們推理出了這些結論和思想。但是，相對論還要向前再進一步，廣義相對論登場了。

理解廣義相對論之前，我們復習一下前面的推理基礎，可以稱之為兩個層層遞進的“世界觀”：

相對性原理認為：一切勻速直線運動或靜止的坐標系中，力學定律都一樣；

狹義相對論認為：一切勻速直線運動或靜止的坐標系中，力學定律都一樣、電動力學定律都一樣、物理定律都一樣。

既然如此，我們為什么非要把坐標系限定在勻速直線運動和靜止？如果是加速運動的坐標系呢？

于是，愛因斯坦做出了第一個大膽假設，這就是廣義相對論的“世界觀”：

非但一切勻速直線運動或靜止的坐標系中，而是所有坐標系中；在所有坐標系中，力學定律都一樣、電動力學定律都一樣、物理定律都一樣。

簡單說就是：所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式。而這就是廣義相對性原理。

廣義相對性原理，是廣義相對論的第一個基本原理。

但是，要讓這個“世界觀”成立，愛因斯坦必須重新解釋萬有引力。

先是，思想實驗：

一艘加速上升的火箭，就是一個加速運動的坐標系。在加速運動的火箭上，我們可以感覺到火箭所帶來的推力。如果不夠直觀，那就想象自己坐在一輛加速啟動的汽車上，會有一種推背感。

再是，類比推理：

你躺在火箭上，會感受到火箭的推力和箱底的支撐；

你躺在地球上，會感受到地球的引力和地面的支撐；

那么，地球的引力和火箭的推力，是不是一回事？

接著，再做類比推理：

在加速運動的火箭上，拋出一個小球，小球就自由了；但火箭在往上做加速運動；于是，火箭的箱底會加速沖向小球；

在地球上，拋出一個小球，小球也自由了；但地球是有引力的；于是，小球因為引力會做自由落體運動，加速沖向地面。

火箭的箱底沖向小球，與小球落向地球的地面，到底有什么區別？

在愛因斯坦看來，沒有區別，火箭的推力和地球的引力，其實是一回事。

但是，在牛頓看來，這明明是兩回事啊？火箭的，那是推力；地球的，那是引力。這怎么能是一回事？

于是，等效原理出現了，即：在任何局部實驗中，引力和加速運動無法區分。教科書的說法是：

慣性力場與引力場的動力學效應是局部不可分辨的。

等效原理，是廣義相對論的第二個基本原理。

等效原理，和廣義相對性原理，都可以認為是一種“假設”。但這種假設，完全不是“聲速不變”的臆想，不僅因為它來自嚴密的思想實驗，而且還因為它要解釋更為深刻的東西。

等效原理背后，還有各種復雜而精密的論證，甚至還要對伽利略比薩斜塔的雙球落地實驗進行更為深刻的探討。這里不做詳細探討，把思想說清楚就行了。

接著，我們繼續引深思考。

引力問題被解決了：局部中，引力場與慣性力場無法區分。那么“自由的小球”呢？

在加速運動的火箭上，因為火箭的推力，所以自由的小球會向箱底掉落；而在靜止的地球上，因為地球的引力，所以自由的小球會向地面掉落。

那么，沒有火箭的推力、也沒有地球的引力，自由的小球到底該怎么自由的運動？

這時候，我們必須定義什么是自然運動：

亞里士多德認為：靜止就是自然運動；力改變了靜止。

伽利略和牛頓認為：勻速直線運動和靜止，都是自然運動；力改變了物體原有的運動狀態。

愛因斯坦則認為：一切沿著測地線的運動，才是自然運動；力改變了物體沿測地線的運動。

在沒有任何其他星體的時空中，時空是平直的。于是，小球會沿著平直的時空做勻速直線運動。但是，如果時空并非平直呢？具體說，如果時空被彎曲了，小球該怎么運動？

小球會沿著測地線運動。

特殊的，是時空平直；一般的，是時空彎曲。平直時空的勻速直線運動，就是彎曲時空下的沿測地線運動。

所謂測地線，是空間中兩點的局部最短或最長路徑。從國際航班的飛行航線，就是一條測地線，一般都要走地球的“大圓”，即圓心為地球球心的那個圓。

到這時候，物理學家愛因斯坦已經無法獨自作答了。他需要站在前人的肩膀之上。因為廣義相對論需要新的數學。1854年，數學家黎曼發明了“黎曼幾何”。歐幾里德幾何是平面幾何，黎曼幾何是曲面幾何。而曲面幾何就是廣義相對論的數學基礎。

相信和敢于相信，就是一個大膽假設的過程。質疑不需要勇氣，想先才需要勇氣。所以，你還是要相信一些東西。光速不變，不會出問題，出問題的是我們的時空觀；小球落下，也不會出問題，出問題的是小球的時空觀。所以，主導小球運動的是彎曲了的時空。

于是，愛因斯坦繼續顛覆絕對時間觀和絕對空間觀。而在顛覆了的時空觀中，廣義相對論橫空出世，其思想主要是兩條：

一個有質量的物體會彎曲它周圍的時空，即“物質告訴時空如何彎曲”；

一個不受外力的物體總會沿著時空的測地線運動，即“時空告訴物質如何運動”。

這就是廣義相對論。

科學共識的建立，是非常難的。因為相信需要勇氣。愛因斯坦在1915年發明了廣義相對論。但是，人們才剛剛開始消化狹義相對論。所以，廣義相對論需要向世界證明它的正確。而證明正確，不是一蹴而就的，仍是小心求證的過程。

人們用牛頓力學可以精確測算出行星的運轉軌道，這是一個閉合的橢圓軌道。而且，運算結果與實際觀測結果高度吻合。但是，人們用廣義相對論計算出來的橢圓運轉軌道，卻不是閉合的橢圓軌道，而是每公轉一圈后會出現一個小小的偏移。

這個現象被稱之為“進動”或“旋進”。

直觀一點兒，你可以用一根線一圈一圈地纏繞一個木棍，線的軌道不可能是閉合的圓。因為每一圈都要發生一點點的偏移，沒有這種“旋進”偏移，就不可能把線層層纏繞到木棍上。

這種“進動”現象，在1859年，被發現在水星運行軌道上。當時的歐洲，保存了從1697年到1848年的全部水星活動記錄。人們用牛頓力學計算了水星的運轉軌道，同時還把金星和地球對水星的引力擾動也給計算了進去，精確地測量出了水星的理論運行軌道。但是，這個理論測算結果與實際觀測數據之間，始終存在一點點的差異。這個差異小到可以忽略不計，僅相當于每100年43弧秒（一周360度、一度60弧分、一弧分60弧秒）。但天文學家非常確定，差異不是誤差，而是真實存在的。

愛因斯坦使用廣義相對論，正好解釋了水星“進動”的43弧秒。而這就證明了廣義相對論的正確。但是，讓人們相信，愛因斯坦還要拿出更直觀、更堅固的證據。

接下來，是光線彎曲。

廣義相對論認為：物質告訴時空如何彎曲；時空告訴物質如何運動。發散理解：如果時空被物質所彎曲，那么這個物質周圍的測地線就不會是平直的，而是彎曲的；于是，這個物質周圍的其他物質，只能沿著彎曲了的測地線運動。

而這個物質，也包括光。

舉例：一個大質量恒星彎曲了它周邊的時空，那么測地線就是彎曲的，于是決定了周圍行星在其所彎曲了的時空中做彎曲的運動，也就是橢圓軌道。行星的橢圓軌道，不需要用廣義相對論解釋，用萬有引力就夠了。

但是，萬有引力卻解釋不了光的彎曲。

萬有引力認為光沒有質量，所以不受引力影響，于是光走直線。

的確，光在靜止情況下的確沒有質量。但光在本質上是一種電磁波，所以光有能量。而按照狹義相對論的質能方程E=mc2，我們可以求解出光的“運動質量”，即M=e/c2。

既然光存在“運動質量”，那它就會受到萬有引力的影響。于是，根據狹義相對論和萬有引力，光一定會受到萬有引力影響，所以一定會發生偏轉。但這種偏轉就像彗星掃過地球一樣，其程度不會太大。

然而，廣義相對論認為光的這種偏轉是因為時空被彎曲而導致測地線被彎曲，所以這種偏轉會非常大。

那么，會大到什么程度？在地球上的我們，可以觀測到太陽背后的星星。然而，太陽太亮，即便太陽背后的星星能夠將光偏轉過來，我們也看不到。但是，在日全食的情況下，太陽光在被月球擋住的情況下，我們就可以看到了。

1919年5月29日，英國天文學家艾丁頓通過實際觀測證實了星光可以發生劇烈彎曲。因為他觀測到了本不應該出現在太陽周圍的幾顆星星。至此，人類以最為直觀的方式證明了廣義相對論的正確。泰晤士報更是語不驚人死不休的通欄報道這一事件，“牛頓力學被推翻”。

胡適說：大膽假設，小心求證。

而大膽假設要遠比小心求證更難：你有沒有足夠的勇氣去假設；你有沒有足夠的想象力去假設；你沒有沒有足夠的信念去堅持那種石破天驚的假設；你能不能不忘初心、始終如一地堅持相信那種石破天驚的假設；你能不能在那種假設搞出天大的事情之后，仍舊此心不改、生死相許。

這一點，連愛因斯坦也做不到。

有了廣義相對論的引力場方程，人類終于可以干出破天荒的大事情了，因為我們可以求解宇宙。

宇宙無非是一個有一個被大質量物質所彎曲了的時空。那么宇宙整體會是什么樣子？

這取決于宇宙中的物質密度。如果宇宙中的物質密度比較大，那么宇宙是蜷縮的，像個球面一樣；如果宇宙中的物質密度比較小，那么宇宙是伸展開，像個馬鞍形；如果宇宙中的密度不大不小，那么宇宙是平直的。無論是哪個結果，都說明宇宙是動態的。這就是天大的事情。第一種情況下，宇宙會收縮；第二種和第三種的情況下，宇宙會膨脹。

而這一次，連愛因斯坦也不敢相信了。

他給他的引力場方程增加了一個“宇宙常數”，于是求解出來的宇宙就是靜態的。但是，不久之后，人們用哈勃望遠鏡觀測到遠方星體的光譜發生了紅移。這說明宇宙在膨脹，宇宙不是靜態的。而愛因斯坦，卻錯過了這一新的發現。

說到這里，我們大體已經了解相對論以及相對論的各種石破天驚。

這些事情，即便今天聽來，也足以顛覆我們的三觀。但是，后來的很多事情卻一次又一次地印證了相對論的正確。相對論不是不容質疑。甚至，愛因斯坦也曾質疑過廣義相對論對宇宙的求解，結果卻被自己的理論打臉。

質疑可以，但要看你怎么質疑。因為質疑是廉價的。對于歷史上的王侯將相，我們需要平視，把他們當成“隨機漫步的傻瓜”，未嘗不可。這樣才能在真實與客觀中獲得智識上的增量。但是，對于相對論及其誕生過程，我們需要仰視，這是一個大膽假設、小心求證的偉大實例。