相对论能不能被质疑？

当然可以质疑，思想上，你可以质疑一切。但是，你总得相信一些东西吧。质疑也好、颠覆也罢，前提是相信了什么，然后以此为基础，才能去质疑一些东西、创新一些东西。

严肃思考而严肃质疑，你得像爱因斯坦用相对论去质疑牛顿力学一样。

1919年5月29日，英国天文学家艾丁顿，在日全食的情况下，观测到本不应该出现在太阳周围的星星。这个观测说明太阳弯曲了星光的运动路线，证明了广义相对论的正确。在艾丁顿宣布观测结果之后，英国泰晤士报用了这样一个标题进行报道，即《科学革命-关于宇宙的新理论-牛顿思想被推翻》。

要知道牛顿是英国人，被誉为近代科学之父。但是，在严格的科学面前，人家英国人竟用标题党的形式，“牛顿思想被推翻”，来证实爱因斯坦的质疑、承认相对论的正确。

而某些质疑呢？

1905年9月26日，爱因斯坦发表了《论运动物体的电动力学》。而这篇论文就是狭义相对论。1905年，是大清光绪三十一年。相对论，是一百年前的理论，是大清朝就已经存在的理论。

然而，2007年，燕山大学的一名研究员发表了一篇论文，叫《狭义相对论的本质及对科学哲学和社会的影响》。这篇论文引用了50条参考文献来说明狭义相对论是“科学体系中的一颗毒瘤”。

爱因斯坦也质疑，却是拿着相对论挑战牛顿力学。这是科学操作。而拿着哲学和社会科学，去质疑相对论，相当于拿着大刀长矛去挑战原子弹。这是民科操作。

如果质疑是这样的，那么，这样的质疑还有什么价值？

我们没必要把精力浪费到这篇文章到底是怎么奇葩论证的。而更应该思考的是：这种论文是怎么发表的？它居然能发表了，这已经堪称神奇了。

最近，这篇文章的作者燕山大学教授李子丰，又冒了出来。其所主持的“坚持唯物主义时空质能观，发展牛顿物理学”，竟然还被公示获奖了。而这件事居然发生在2021年。

神奇不、彪悍不？这不是要颠覆相对论，而是要颠覆当前的科学范式。如果成功了，这一定要引发科学革命。

那么，李子丰到底是怎么质疑相对论的？

其首先认为，“狭义相对论的错误源于对光速不变原理的错误理解”；类比认为，如果“将狭义相对论公式推导过程中的光速改为声速”，那么“就会得出任何物体运动不能大于声速的结论”；结论认为，“狭义相对论的理论基础是错误的”。

别说自然科学了，你就是社会科学也不带这么论证的。光速不变，其精确叙述是：光在空间（真空）中的移动速度不变，进而空间中不存在超光速的信息传递。

相对论，是建立在这个事实或假设的基础之上。（PS：宇宙膨胀可以超光速，但那是空间问题而不是空间中信息或物质传递的问题；之所以“或假设”，是因为光速不变并非是1+1=2的纯数学演绎推理）

然后，你整个声速做类比，到底要搞什么鬼？空间中，没有超光速的信息传递，没质量的信息信号不行，有质量的宇宙飞船更不行。

那声速呢？

“就会得出任何物体运动不能大于声速的结论”，这是罔顾事实的臆想假设，事实坚决不支持。别说信息信号传递了，就是超音速飞机，都能载着导弹超过声速。

光速不变，那是事实；声速不变，那是假设。而如果光速不变也是假设，那则是有根据的假设。而声速不变，则是纯靠臆想了。

你拿着声速不变这个臆想假设，并以此为基础，到底要论证出一个什么神奇理论？

我们可以质疑一切，但是，得出有价值的质疑一定需要严肃的思考。如果没有严肃思考，所谓的质疑就是抬杠。

不质疑，也会陷入一种迷信。难道我们就一定要迷信地盲从相对论吗？

创新和质疑之前，你得相信一些东西。否则，质疑毫无价值、毫无意义。因为相信的这些东西，是我们能够去质疑的武器。

而相信的前提，则是理解。如果我们连相对论到底是怎么回事都不知道，那么，不仅没有资格去质疑，而且也一定会被各种奇葩质疑所迷惑。

作为一个普通现代人，我们能否”浅尝辄止“地了解一下相对论？

相对论是一百年前的理论，我们有必要去了解。否则，对不起自己生在相对论问世之后的时代。而大清光绪年间的理论，我们应该有能够了解的自信。术业有专攻，不求理解到数学、物理学层面，但了解到思想层面，这是完全可能的。

所以，这里不从物理学、也不从数学的角度，去解释相对论，仅从思想和历史的发展，来提供一般的了解。

了解爱因斯坦相对论之前，我们需要先了解一下伽利略相对论，即伽利略相对性原理。

在一个惯性系的内部所作的任何经典力学实验，都不能确定这一惯性系本身是处于相对静止状态，还是匀速直线运动状态。

由此可以推论：匀速直线运动和静止没有本质区别，速度都是相对的，脱离坐标谈速度，没有意义。

从这个概念本身出发，举例：你在“静止”的实验室里做力学实验，与在“运动”的火车上做力学实验，根本没有区别。静止坐标系和匀速直线运动坐标系，力学定律都一样。

从这个推论思想出发，举例：你在时速100公里的火车上往前跑，速度是15公里每小时，但在火车上这个坐标系，你的速度仍旧是15公里每小时；而相对火车之外的地面静止坐标系，你的速度则是115公里每小时。切换到不同坐标系，速度需要叠加计算。

这就是伽利略相对论。

这没啥可奇怪的！所谓“不识庐山着真面目，只缘身在此山中”。这一点，不仅哲学家能想到，文学家也能想到。从纯粹的符号世界和文字的形式主义中，也能看到这种启示。所以，哲学家肯定会自信满满地说：不跳出自己的坐标系，你当然不知道自己是运动还是静止，我们早就想到了。

但，接下来发生的事情，哲学家怎么想、也想不到了，即光速不变。

从“静止”实验室射出一道光，相对实验室，光的速度是c，真空中是299792458m/s，一般取30万公里每秒。而从秒速为83.3米的火车上射出一道光，光的速度仍旧是是c，却不会是c+83.3m/s。如果把火车换成更快的宇宙飞船呢？无论你怎么换，射出去的这道光永远是c，而不会是c+某某。

既然速度是相对的，那么光速到底相对于谁？

为了解决光速相对于谁的问题，物理学家甚至发明了以太这个概念，认为宇宙中遍布一种叫做以太的介质，而光速是光相对于以太的速度。

但是，以太并不存在。

如果以太存在，那么以太也会有个方向。于是，只要逆着以太的方向，那么光速必然下降；而只要顺着以太的方向，那么光速必然上升。1887年，美国物理学家阿尔伯特•迈克尔逊通过实验确定：光速在所有方向都一样。所以，以太解释不了光速危机。

到这里已经有点儿乱了，所以必须梳理一下：

把伽利略的相对性原理，做一个更精炼的概括是：力学在一切匀速直线运动或静止的坐标系中，都是一样的。

但是，电动力学呢？麦克斯韦通过电动力学解出了光速。然而，光速却无法用伽利略相对性原理进行解释。因为无论怎么转换坐标，光速始终不变。

于是，一场光速危机出现了：光速与光源所在的坐标系无关，光速在各个方向都一样，而以太并不存在。

那么，光速不变，这个危机到底该怎么解释？

1905年，爱因斯坦出手了。他的《论运动物体的电动力学》，提出了危机的解决方案，简而言之就一句话：一切匀速直线运动或静止的坐标系下，电动力学定律都一样。

伽利略相对论说力学定律都一样，而爱因斯坦相对论则说非独力学定律都一样，电动力学定律也都一样。

但是，光速呢？光速到底相对于谁？爱因斯坦并没有说清楚这个问题啊！

爱因斯坦说清楚了。

因为电动力学规律无论在哪个坐标系中都一样，所以光速无论在哪个坐标系中都一样。光速不变就是电动力学的规律。那么，光速到底相对于谁呢？

在承认电动力学都一样的前提下，爱因斯坦提出了一个信念，那就是：光速不是变量，而是常量，它相对于谁都是：c = 299,792,458 米/秒。

创新需要质疑，革命需要勇气。

但质疑是廉价的，勇气往往用武于相信。新的科学发现，需要一种敢于相信的勇气。光速不变是相对论的基石、普朗克常数是量子力学的基石。新的科学理论之所以被发现，最难的不是敢于质疑如此种种，而是敢于相信如彼某某。

而我们到底该怎么理解这种相信呢？

光速不变，并非是绝对真理。因为它不是1+1=2纯粹演绎出来的知识。我们可以把它看做是一种归纳而来的假设。目前为止，我们可以认为这种假设就是宇宙的真理。然后，大胆假设、小心求证。相对论就是这么来的。再接下来，就是一个大胆假设、勇于相信、不去质疑且小心求证的过程。

这个过程，更需要勇气。

我们要相信光速不是变量，而是常量。

但，伽利略相对论的问题，你怎么解决？速度在不同坐标系下应该叠加，凭啥光速这么特殊？无论怎么转换坐标，它都不叠加？

你与光同向运动，相对于你，光速并没有减去你的运动速度，它选择了c；你与光逆向运动，相对于你，光速也没有加上你的运动速度，它还要选c。无论如何，光速都选c。

这就是不讲理。光速到底出了什么问题？

一定是出问题了。但是，只要你勇于相信光速不变，那就可以推论认为：出问题的不是光速，而是我们自己。具体说，就是我们的时空观出了问题。

做出这种推论，最需要的不是智商而是勇气。要相信光速不变这个大胆假设，爱因斯坦一气颠覆了绝对时间观和绝对空间观。

那数学呢？物理定律不能违背数学啊。

当然不违背，因为相对论需要新的数学公式来计算。

假设一艘飞船在以0.75c的速度运行，然后在这艘飞船上发射一艘火箭，速度还是0.5c。那么，相对于“静止”的地球，这个速度是多少？计算公式是0.75c+0.5c=1.25c，于是超光速了。

但是，光速不变啊！

飞船相对于地面的速度是V，火箭相对于飞船的速度是V1，火箭相对于地球的速度V2，在相对论中，求解V2应该采用相对论的计算公式，即：V2=(V+V1)/(1+VV1/c²）。按照这个公式计算，火箭相对于地球的速度，即V2是0.91c，并没有超光速。

在低速运动中，V2可以等于V+V1，但在高速运动中，V2则需要相对论的计算公式。你必须把时间和空间都当做变量进行考虑，因为绝对时间和绝对空间不成立。在高速运动的情况下，时间、空间，甚至包括质量，都会成为变量。而这些都可以根据光速不变和数学运算推理出来。这里不再描述数学了，只说狭义相对论的思想，记住三点就够了：

运动物体的时间会变慢（时间膨胀）；

运动物体的长度会缩短（空间膨胀）；

运动物体的质量会增加（质量变重）。

但是，这些要在高速运动中才能显现，低速运动的特例情况下，则可以忽略不计。所以，牛顿力学在低速运动下是成立的。

同时，根据质量变重，我们还可以得出另外一个思想，即：质量就是能量。而得出的重要公式是e=mc²。这个公式就是原子弹的原理。

这一切都是因为光速不变。以光速不变为基础，我们推理出了这些结论和思想。但是，相对论还要向前再进一步，广义相对论登场了。

理解广义相对论之前，我们复习一下前面的推理基础，可以称之为两个层层递进的“世界观”：

相对性原理认为：一切匀速直线运动或静止的坐标系中，力学定律都一样；

狭义相对论认为：一切匀速直线运动或静止的坐标系中，力学定律都一样、电动力学定律都一样、物理定律都一样。

既然如此，我们为什么非要把坐标系限定在匀速直线运动和静止？如果是加速运动的坐标系呢？

于是，爱因斯坦做出了第一个大胆假设，这就是广义相对论的“世界观”：

非但一切匀速直线运动或静止的坐标系中，而是所有坐标系中；在所有坐标系中，力学定律都一样、电动力学定律都一样、物理定律都一样。

简单说就是：所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。而这就是广义相对性原理。

广义相对性原理，是广义相对论的第一个基本原理。

但是，要让这个“世界观”成立，爱因斯坦必须重新解释万有引力。

先是，思想实验：

一艘加速上升的火箭，就是一个加速运动的坐标系。在加速运动的火箭上，我们可以感觉到火箭所带来的推力。如果不够直观，那就想象自己坐在一辆加速启动的汽车上，会有一种推背感。

再是，类比推理：

你躺在火箭上，会感受到火箭的推力和箱底的支撑；

你躺在地球上，会感受到地球的引力和地面的支撑；

那么，地球的引力和火箭的推力，是不是一回事？

接着，再做类比推理：

在加速运动的火箭上，抛出一个小球，小球就自由了；但火箭在往上做加速运动；于是，火箭的箱底会加速冲向小球；

在地球上，抛出一个小球，小球也自由了；但地球是有引力的；于是，小球因为引力会做自由落体运动，加速冲向地面。

火箭的箱底冲向小球，与小球落向地球的地面，到底有什么区别？

在爱因斯坦看来，没有区别，火箭的推力和地球的引力，其实是一回事。

但是，在牛顿看来，这明明是两回事啊？火箭的，那是推力；地球的，那是引力。这怎么能是一回事？

于是，等效原理出现了，即：在任何局部实验中，引力和加速运动无法区分。教科书的说法是：

惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。

等效原理，是广义相对论的第二个基本原理。

等效原理，和广义相对性原理，都可以认为是一种“假设”。但这种假设，完全不是“声速不变”的臆想，不仅因为它来自严密的思想实验，而且还因为它要解释更为深刻的东西。

等效原理背后，还有各种复杂而精密的论证，甚至还要对伽利略比萨斜塔的双球落地实验进行更为深刻的探讨。这里不做详细探讨，把思想说清楚就行了。

接着，我们继续引深思考。

引力问题被解决了：局部中，引力场与惯性力场无法区分。那么“自由的小球”呢？

在加速运动的火箭上，因为火箭的推力，所以自由的小球会向箱底掉落；而在静止的地球上，因为地球的引力，所以自由的小球会向地面掉落。

那么，没有火箭的推力、也没有地球的引力，自由的小球到底该怎么自由的运动？

这时候，我们必须定义什么是自然运动：

亚里士多德认为：静止就是自然运动；力改变了静止。

伽利略和牛顿认为：匀速直线运动和静止，都是自然运动；力改变了物体原有的运动状态。

爱因斯坦则认为：一切沿着测地线的运动，才是自然运动；力改变了物体沿测地线的运动。

在没有任何其他星体的时空中，时空是平直的。于是，小球会沿着平直的时空做匀速直线运动。但是，如果时空并非平直呢？具体说，如果时空被弯曲了，小球该怎么运动？

小球会沿着测地线运动。

特殊的，是时空平直；一般的，是时空弯曲。平直时空的匀速直线运动，就是弯曲时空下的沿测地线运动。

所谓测地线，是空间中两点的局部最短或最长路径。从国际航班的飞行航线，就是一条测地线，一般都要走地球的“大圆”，即圆心为地球球心的那个圆。

到这时候，物理学家爱因斯坦已经无法独自作答了。他需要站在前人的肩膀之上。因为广义相对论需要新的数学。1854年，数学家黎曼发明了“黎曼几何”。欧几里德几何是平面几何，黎曼几何是曲面几何。而曲面几何就是广义相对论的数学基础。

相信和敢于相信，就是一个大胆假设的过程。质疑不需要勇气，想先才需要勇气。所以，你还是要相信一些东西。光速不变，不会出问题，出问题的是我们的时空观；小球落下，也不会出问题，出问题的是小球的时空观。所以，主导小球运动的是弯曲了的时空。

于是，爱因斯坦继续颠覆绝对时间观和绝对空间观。而在颠覆了的时空观中，广义相对论横空出世，其思想主要是两条：

一个有质量的物体会弯曲它周围的时空，即“物质告诉时空如何弯曲”；

一个不受外力的物体总会沿着时空的测地线运动，即“时空告诉物质如何运动”。

这就是广义相对论。

科学共识的建立，是非常难的。因为相信需要勇气。爱因斯坦在1915年发明了广义相对论。但是，人们才刚刚开始消化狭义相对论。所以，广义相对论需要向世界证明它的正确。而证明正确，不是一蹴而就的，仍是小心求证的过程。

人们用牛顿力学可以精确测算出行星的运转轨道，这是一个闭合的椭圆轨道。而且，运算结果与实际观测结果高度吻合。但是，人们用广义相对论计算出来的椭圆运转轨道，却不是闭合的椭圆轨道，而是每公转一圈后会出现一个小小的偏移。

这个现象被称之为“进动”或“旋进”。

直观一点儿，你可以用一根线一圈一圈地缠绕一个木棍，线的轨道不可能是闭合的圆。因为每一圈都要发生一点点的偏移，没有这种“旋进”偏移，就不可能把线层层缠绕到木棍上。

这种“进动”现象，在1859年，被发现在水星运行轨道上。当时的欧洲，保存了从1697年到1848年的全部水星活动记录。人们用牛顿力学计算了水星的运转轨道，同时还把金星和地球对水星的引力扰动也给计算了进去，精确地测量出了水星的理论运行轨道。但是，这个理论测算结果与实际观测数据之间，始终存在一点点的差异。这个差异小到可以忽略不计，仅相当于每100年43弧秒（一周360度、一度60弧分、一弧分60弧秒）。但天文学家非常确定，差异不是误差，而是真实存在的。

爱因斯坦使用广义相对论，正好解释了水星“进动”的43弧秒。而这就证明了广义相对论的正确。但是，让人们相信，爱因斯坦还要拿出更直观、更坚固的证据。

接下来，是光线弯曲。

广义相对论认为：物质告诉时空如何弯曲；时空告诉物质如何运动。发散理解：如果时空被物质所弯曲，那么这个物质周围的测地线就不会是平直的，而是弯曲的；于是，这个物质周围的其他物质，只能沿着弯曲了的测地线运动。

而这个物质，也包括光。

举例：一个大质量恒星弯曲了它周边的时空，那么测地线就是弯曲的，于是决定了周围行星在其所弯曲了的时空中做弯曲的运动，也就是椭圆轨道。行星的椭圆轨道，不需要用广义相对论解释，用万有引力就够了。

但是，万有引力却解释不了光的弯曲。

万有引力认为光没有质量，所以不受引力影响，于是光走直线。

的确，光在静止情况下的确没有质量。但光在本质上是一种电磁波，所以光有能量。而按照狭义相对论的质能方程E=mc²，我们可以求解出光的“运动质量”，即M=e/c²。

既然光存在“运动质量”，那它就会受到万有引力的影响。于是，根据狭义相对论和万有引力，光一定会受到万有引力影响，所以一定会发生偏转。但这种偏转就像彗星扫过地球一样，其程度不会太大。

然而，广义相对论认为光的这种偏转是因为时空被弯曲而导致测地线被弯曲，所以这种偏转会非常大。

那么，会大到什么程度？在地球上的我们，可以观测到太阳背后的星星。然而，太阳太亮，即便太阳背后的星星能够将光偏转过来，我们也看不到。但是，在日全食的情况下，太阳光在被月球挡住的情况下，我们就可以看到了。

1919年5月29日，英国天文学家艾丁顿通过实际观测证实了星光可以发生剧烈弯曲。因为他观测到了本不应该出现在太阳周围的几颗星星。至此，人类以最为直观的方式证明了广义相对论的正确。泰晤士报更是语不惊人死不休的通栏报道这一事件，“牛顿力学被推翻”。

胡适说：大胆假设，小心求证。

而大胆假设要远比小心求证更难：你有没有足够的勇气去假设；你有没有足够的想象力去假设；你没有没有足够的信念去坚持那种石破天惊的假设；你能不能不忘初心、始终如一地坚持相信那种石破天惊的假设；你能不能在那种假设搞出天大的事情之后，仍旧此心不改、生死相许。

这一点，连爱因斯坦也做不到。

有了广义相对论的引力场方程，人类终于可以干出破天荒的大事情了，因为我们可以求解宇宙。

宇宙无非是一个有一个被大质量物质所弯曲了的时空。那么宇宙整体会是什么样子？

这取决于宇宙中的物质密度。如果宇宙中的物质密度比较大，那么宇宙是蜷缩的，像个球面一样；如果宇宙中的物质密度比较小，那么宇宙是伸展开，像个马鞍形；如果宇宙中的密度不大不小，那么宇宙是平直的。无论是哪个结果，都说明宇宙是动态的。这就是天大的事情。第一种情况下，宇宙会收缩；第二种和第三种的情况下，宇宙会膨胀。

而这一次，连爱因斯坦也不敢相信了。

他给他的引力场方程增加了一个“宇宙常数”，于是求解出来的宇宙就是静态的。但是，不久之后，人们用哈勃望远镜观测到远方星体的光谱发生了红移。这说明宇宙在膨胀，宇宙不是静态的。而爱因斯坦，却错过了这一新的发现。

说到这里，我们大体已经了解相对论以及相对论的各种石破天惊。

这些事情，即便今天听来，也足以颠覆我们的三观。但是，后来的很多事情却一次又一次地印证了相对论的正确。相对论不是不容质疑。甚至，爱因斯坦也曾质疑过广义相对论对宇宙的求解，结果却被自己的理论打脸。

质疑可以，但要看你怎么质疑。因为质疑是廉价的。对于历史上的王侯将相，我们需要平视，把他们当成“随机漫步的傻瓜”，未尝不可。这样才能在真实与客观中获得智识上的增量。但是，对于相对论及其诞生过程，我们需要仰视，这是一个大胆假设、小心求证的伟大实例。