愛因斯坦怎樣發(fā)現(xiàn)了相對論

愛因斯坦只用了幾個星期就建立起了狹義相對論，然而為解決這兩個困難，建立起廣義相對論卻用了整整十年時間。為解決第一個問題，愛因斯坦干脆取消了慣性系在理論中的特殊地位，把相對性原理推廣到非慣性系。因此第一個問題轉(zhuǎn)化為非慣性系的時空結(jié)構(gòu)問題。在非慣性系中遇到的第一只攔路虎就是慣性力。在深入研究了慣性力后，提出了著名的等性原理，發(fā)現(xiàn)參考系問題有可能和引力問題一并解決。幾經(jīng)曲折，愛因斯坦終于建立了完整的廣義相對論。

廣義相對論讓所有物理學(xué)家大吃一驚，引力遠比想象中的復(fù)雜的多。至今為止愛因斯坦的場方程也只得到了為數(shù)不多的幾個確定解。它那優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式至今令物理學(xué)家們嘆為觀止。就在廣義相對論取得巨大成就的同時，由哥本哈根學(xué)派創(chuàng)立并發(fā)展的量子力學(xué)也取得了重大突破。然而物理學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)，兩大理論并不相容，至少有一個需要修改。于是引發(fā)了那場著名的論戰(zhàn):愛因斯坦VS哥本哈根學(xué)派。直到現(xiàn)在爭論還沒有停止，只是越來越多的物理學(xué)家更傾向量子理論。愛因斯坦為解決這一問題耗費了后半生三十年光陰卻一無所獲。不過他的工作為物理學(xué)家們指明了方向:建立包含四種作用力的超統(tǒng)一理論。目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)的最有希望的候選者是超弦理論與超膜理論。

物質(zhì)的本質(zhì)并非物質(zhì)而是能量，是我們的念頭！

現(xiàn)代物理學(xué)有一個最偉大的發(fā)現(xiàn)，那就是「物質(zhì)就是能量」。這也是愛因斯坦對人類所作的最大貢獻，他向我們揭示，物質(zhì)只是能量的一種形式。這世界上的萬事萬物都是由能量所形成，不管是石頭、木頭、桌椅，你、我，包括我們的眼睛、耳朵、鼻子都是由能量所形成。

我們?nèi)庋鬯姷降牟⒎钦鎸嵈嬖冢庋劭床坏降牟攀钦鎸嵉拇嬖?。說得更明白一點，我們看到房屋、墻壁、身體都不是真實的，它們只是純粹的能量，由于電子的移動速度非常快，以致我們的肉眼看不出來，因而認(rèn)為它們是一個實體。

物理學(xué)家研究了三百年，想找出物質(zhì)的本質(zhì)，當(dāng)他們探索得愈深，就愈感到迷惑，他們簡直無法相信，在物質(zhì)的里面竟然什么都沒有，物質(zhì)的本質(zhì)并非物質(zhì)，而是能量。你的身體看起來好像是由固體物質(zhì)所構(gòu)成，而這些固體物質(zhì)可以分解成分子和原子，但根據(jù)量子物理學(xué)，每一個原子的內(nèi)部有百分之99﹒9999是空的，以閃電般的速度穿梭在這些空間中的次原子，其實是一束束振動的能量。這些能量并不是隨便任意振動，振動其實就是攜帶訊息，整個訊息場會把訊息傳送到宇宙量子場創(chuàng)造物質(zhì)世界我們所看到的實相。

愛丁頓（Eddington）這位偉大的科學(xué)家即說：「我們總是認(rèn)為物質(zhì)是東西，但現(xiàn)在它不是東西了；現(xiàn)在，物質(zhì)比起東西而言更像是念頭。」

理解相對論是理解易學(xué)的跳板

連續(xù)發(fā)了這么多有關(guān)相對論的資料，并非是要反駁相對論，而實際上邵康節(jié)計算的天地始終之?dāng)?shù)的計算公式與愛因斯坦相論對的公式是完全相同的。但是愛因斯坦的公式還是存在一定“缺陷”。說“缺陷”其實不是公式錯誤，而是愛因斯坦在這個公式下，沒有更深入的去理解這個公式。大家可能要罵我是瘋婆子了：“自己創(chuàng)造的公式，哪有自己不理解的道理？”不過你們換位思考一下，我們算命的，天天在應(yīng)用算命的公式，但是都能理解這些公式嗎？愛因斯坦是從現(xiàn)象提煉出這個公式，但是對于現(xiàn)象是如何發(fā)生的，他并沒有真正的悟通，所以公式是表面化的。公式的缺陷就是“四營而成易”這個易經(jīng)的基礎(chǔ)理論，是他缺失的。因此愛因斯坦是探索到了現(xiàn)象，但還是沒有探索到宇宙的本質(zhì)。

“體數(shù)，何為者也？生物者也。用數(shù)，何為者也？運行者也。運行者天也，生物者地也?！鄙劭倒?jié)算的數(shù)就是物質(zhì)被生和物質(zhì)被運行變化的數(shù)。相對論算的也是這個。這兩者可以對比。但易學(xué)可以使相對論更完善和易于理解。

“你是哪里人？”這是空間；“你出生在什么時間？”這是時間。一切生命都是在時空中出現(xiàn)的。運行者天也，這是時間；生物者地也，這是空間。相對論探索的就是時間和空間的問題，所以這兩者可以相提并論。

【簡介】

相對論（Relativity）的基本假設(shè)是相對性原理，即物理定律與參照系的選擇無[圖片]關(guān)。狹義相對論（SpecialRelativity）和廣義相對論（GeneralRelativity）的區(qū)別是，前者討論的是勻速直線運動的參照系（慣性參照系）之間的物理定律，后者則推廣到具有加速度的參照系中（非慣性系），并在等效原理的假設(shè)下，廣泛應(yīng)用于引力場中。相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，不適用于高速運動的物體和微觀領(lǐng)域。相對論解決了高速運動問題；量子力學(xué)解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論顛覆了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出了“時間和空間的相對性”、“四維時空”、“彎曲空間”等全新的概念。狹義相對論提出于1905年，廣義相對論提出于1915年（愛因斯坦在1915年末完成廣義相對論的創(chuàng)建工作，在1916年初正式發(fā)表相關(guān)論文）。由于牛頓定律給狹義相對論提出了困難，即任何空間位置的任何物體都要受到力的作用。因此，在整個宇宙中不存在慣性觀測者。愛因斯坦為了解決這一問題又提出了廣義相對論。狹義相對論最著名的推論是質(zhì)能公式，它說明了質(zhì)量隨能量的增加而增加。它也可以用來解釋核反應(yīng)所釋放的巨大能量，但它不是導(dǎo)致原子彈的誕生的原因。而廣義相對論所預(yù)言的引力透鏡和黑洞，與有些天文觀測到的現(xiàn)象符合。根據(jù)質(zhì)能方程，人們很容易推出“光速是宇宙中最快速度”。因為，當(dāng)物體達到光速時，其質(zhì)量將變得無窮大，與事實不相符。然而，還有人提出，存在著兩種宇宙，即“快宇宙”和“慢宇宙”。所有基本粒子在快宇宙中比光速快，即快子，因此，他們所組成的物質(zhì)也比光速快，反之亦然。此外，有天文學(xué)家驚人觀測到超光速現(xiàn)象，包括星系相離的速度、類星體膨脹的速度等等。但是，至今沒有一種說法令人信服，也沒有一種說法推翻相對論。

【提出過程】

折疊絕對時空觀

所謂的時空觀，即是有關(guān)時間和空間的物理性質(zhì)的認(rèn)識。伽利略變換是力學(xué)相對論原理的數(shù)學(xué)描述。它集中反映了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。

1．時間間隔與慣性系的選擇無關(guān)

若有兩事件先后發(fā)生，在兩個不同的慣性系中的觀測者測得的時間間隔相同。

2．空間間隔也與慣性系的選擇無關(guān)

空間任意兩點之間的距離與慣性系的選擇無關(guān)。

我們可以看出，在經(jīng)典力學(xué)中，物體的坐標(biāo)和速度是相對的，同一地點也是相對的。但時間、長度和質(zhì)量這三個物理量是絕對的,同時性也是絕對的。這就是經(jīng)典力學(xué)的絕對時空觀。

折疊洛倫茲變換

經(jīng)典力學(xué)中的速度合成法則實際依賴于如下兩個假設(shè)：

a．兩個事件發(fā)生的時間間隔與測量時間所用的鐘的運動狀態(tài)沒有關(guān)系。

b．兩點的空間距離與測量距離所用的尺的運動狀態(tài)無關(guān)。

愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，如果承認(rèn)光速不變原理與相對性原理是相容的，那么這兩條假設(shè)都必須摒棄。這時，對一個鐘時同時發(fā)生的事件，對另一個鐘不一定是同時的，同時性有了相對性。在兩個有相對運動的坐標(biāo)系中，測量兩個特定點之間的距離得到的數(shù)值不再相等，距離也有了相對性。

如果設(shè)K坐標(biāo)系中一個事件可以用三個空間坐標(biāo)x、y、z和一個時間坐標(biāo)t來確定，而K′坐標(biāo)系中同一個事件由x′、y′、z′和t′來確定，則愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，x′、y′、z′和t′可以通過一組方程由x、y、z和t求出來。兩個坐標(biāo)系的相對運動速度和光速c是方程的唯一參數(shù)。這個方程最早是由洛侖茲得到的，所以稱為洛侖茲變換。

利用洛侖茲變換很容易證明，鐘會因為運動而變慢，尺在運動時要比靜止時短，速度的相加滿足一個新的法則。相對性原理也被表達為一個明確的數(shù)學(xué)條件，即在洛侖茲變換下，空時變量x'、y'、z'、t'將代替空時變量x、y、z、t，而任何自然定律的表達式仍取與原來完全相同的形式。人們稱之為普遍的自然定律對于洛侖茲變換是協(xié)變的。這一點在探索普遍的自然定律方面具有非常重要的作用。

折疊時間與空間的聯(lián)系

此外，在經(jīng)典物理學(xué)中，時間是絕對的。它一直充當(dāng)著不同于三個空間坐標(biāo)的獨立角色。愛因斯坦的相對論把時間與空間聯(lián)系起來了。認(rèn)為物理的現(xiàn)實世界是各個事件組成的，每個事件由四個數(shù)來描述。這四個數(shù)就是它的時空坐標(biāo)t和x、y、z，它們構(gòu)成一個四維的剛性連續(xù)時空，通常稱為明可夫基里平直時空。在相對論中，用四維方式來考察物理的現(xiàn)實世界是很自然的。狹義相對論導(dǎo)致的另一個重要的結(jié)果是關(guān)于質(zhì)量和能量的關(guān)系。在愛因斯坦以前，物理學(xué)家一直認(rèn)為質(zhì)量和能量是截然不同的，它們是分別守恒的量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，在相對論中質(zhì)量與能量密不可分，兩個守恒定律結(jié)合為一個定律。他給出了一個著名的質(zhì)量-能量公式：E=MC^2，其中c為光速。于是質(zhì)量可以看作是它的能量的量度。計算表明，微小的質(zhì)量蘊涵著巨大的能量。在后來的核反應(yīng)試驗中證明了這一點。

對愛因斯坦引入的這些全新的概念，大部分物理學(xué)家，其中包括相對論變換關(guān)系的奠基人洛侖茲，都覺得難以接受。

舊的思想方法的障礙，使這一新的物理理論直到一代人之后才為廣大物理學(xué)家所熟悉，就連瑞典皇家科學(xué)院，1922年把諾貝爾獎金授予愛因斯坦時，也只是說“由于他對理論物理學(xué)的貢獻，更由于他發(fā)現(xiàn)了支配光電效應(yīng)的定律?！睂τ谙鄬φ撝蛔治刺帷?/span>

折疊建立廣義相對論

愛因斯坦于1915年進一步建立起了廣義相對論。狹義相對性原理還僅限于兩個相對做勻速運動的坐標(biāo)系，而在廣義相對論性原理中勻速運動這個限制被取消了。他引入了一個等效原理，認(rèn)為不可能區(qū)分引力效應(yīng)和非勻速運動，即任何加速和引力是等效的。他進而分析了光線在靠近一個行星附近穿過時會受到引力而彎折的現(xiàn)象，認(rèn)為引力的概念本身完全不必要?？梢哉J(rèn)為行星的質(zhì)量使它附近的空間變成彎曲，光線走的是最短程線?；谶@些討論，愛因斯坦導(dǎo)出了一組方程，它們可以確定由物質(zhì)的存在而產(chǎn)生的彎曲空間幾何。利用這個方程，愛因斯坦計算了水星近日點的位移量，與實驗觀測值完全一致，解決了一個長期解釋不了的困難問題，這使愛因斯坦激動不已。他在寫給埃倫菲斯特的信中這樣寫道：“方程給出了近日點的正確數(shù)值，你可以想象我有多高興！有好幾天，我高興得不知怎樣才好?！?/span>

實驗驗證

1915年11月25日，愛因斯坦把題為“萬有引力方程”的論文提交給了柏林的普魯士科學(xué)院，完整地論述了廣義相對論。在這篇文章中他不僅解釋了天文觀測中發(fā)現(xiàn)的水星軌道近日點移動之謎，而且還預(yù)言：星光經(jīng)過太陽會發(fā)生偏折，偏折角度相當(dāng)于牛頓理論所預(yù)言的數(shù)值的兩倍——只有在日全食期間觀測。愛因斯坦籌備經(jīng)費，天文學(xué)家弗羅因德利希去克里米亞進行觀測，不巧，德國對俄國宣戰(zhàn)，弗羅因德利希被懷疑是間諜，扣押至8月底，那是他和他的小組與德國扣押的俄國高級軍官做了交換。[圖片]1919年5月25日的日全食給人們提供了一次觀測機會。英國人愛丁頓奔赴非洲西海岸的普林西比島，進行了這一觀測。11月6日，湯姆遜在英國皇家學(xué)會和皇家天文學(xué)會聯(lián)席會議上鄭重宣布：得到證實的是愛因斯坦而不是牛頓所預(yù)言的結(jié)果。他稱贊道“這是人類思想史上最偉大的成就之一。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的不是一個小島，而是整整一個科學(xué)思想的新大陸?！碧┪钍繄笠浴翱茖W(xué)上的革命”為題對這一重大新聞做了報道。消息傳遍全世界，愛因斯坦成了舉世矚目的名人。廣義相對論也被提高到神話般受人敬仰的寶座。從那時以來，人們對廣義相對論的實驗檢驗表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣。但由于太陽系內(nèi)部引力場非常弱，引力效應(yīng)本身就非常小，廣義相對論的理論結(jié)果與牛頓引力理論的偏離很小，觀測非常困難。七十年代以來，由于射電天文學(xué)的進展，觀測的距離遠遠突破了太陽系，觀測的精度隨之大大提高。特別是1974年9月由麻省理工學(xué)院的泰勒和他的學(xué)生赫爾斯，用305米口徑的大型射電望遠鏡進行觀測時，發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星，它是一個中子星和它的伴星在引力作用下相互繞行，周期只有0.323天，它的表面的引力比太陽表面強十萬倍，是地球上甚至太陽系內(nèi)不可能獲得的檢驗引力理論的實驗室。經(jīng)過長達十余年的觀測，他們得到了與廣義相對論的預(yù)言符合得非常好的結(jié)果。由于這一重大貢獻，泰勒和赫爾斯獲得了1993年諾貝爾物理獎。

折疊狹義相對論

馬赫和休謨的哲學(xué)對愛因斯坦影響很大。馬赫認(rèn)為時間和空間的量度與物質(zhì)運動有關(guān)。時空的觀念是通過經(jīng)驗形成的，絕對時空無論依據(jù)什么經(jīng)驗也不能把握。休謨更具體的說：空間和廣延不是別的，而是按一定次序分布的可見的對象充滿空間。而時間總是由能夠變化的對象的可覺察的變化而發(fā)現(xiàn)的。1905年愛因斯坦指出，邁克爾遜和莫雷實驗實際上說明關(guān)于“以太”的整個概念是多余的，光速是不變的。而牛頓的絕對時空觀念是錯誤的。不存在絕對靜止的參照物，時間測量也是隨參照系不同而不同的。他用光速不變和相對性原理推出了洛侖茲變換。創(chuàng)立了狹義相對論。

狹義相對論是建立在四維時空觀上的一個理論，因此要弄清相對論的內(nèi)容，要先對相對論的時空觀有個大體了解。在數(shù)學(xué)上有各種多維空間，但目前為止，我們認(rèn)識的物理世界只是四維，即三維空間加一維時間?，F(xiàn)代微觀物理學(xué)提到的高維空間是另一層意思，只有數(shù)學(xué)意義，在此不做討論。

四維時空是構(gòu)成真實世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至于高維真實空間，至少現(xiàn)在我們還無法感知。有一個例子，一把尺子在三維空間里（不含時間）轉(zhuǎn)動，其長度不變，但旋轉(zhuǎn)它時，它的各坐標(biāo)值均發(fā)生了變化，且坐標(biāo)之間是有聯(lián)系的。四維時空的意義就是時間是第四維坐標(biāo)，它與空間坐標(biāo)是有聯(lián)系的，也就是說時空是統(tǒng)一的，不可分割的整體，它們是一種“此消彼長”的關(guān)系。

四維時空不僅限于此，由質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量和能量實際是一回事，質(zhì)量（或能量）并不是獨立的，而是與運動狀態(tài)相關(guān)的，比如速度越大，質(zhì)量越大，即在我們的自然世界中沒有絕對靜止的物體。在四維時空里，質(zhì)量（或能量）實際是四維動量的第四維分量，動量是描述物質(zhì)運動的量，因此質(zhì)量與運動狀態(tài)有關(guān)就是理所當(dāng)然的了。在四維時空里，動量和能量實現(xiàn)了統(tǒng)一，稱為能量動量四矢。另外在四維時空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場方程組的四維形式更加完美，完全統(tǒng)一了電和磁，電場和磁場用一個統(tǒng)一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的?？梢哉f至少它比牛頓力學(xué)要完美的多。至少由它的完美性，我們不能對它妄加懷疑。

相對論中，時間與空間構(gòu)成了一個不可分割的整體——四維時空，能量與動量也構(gòu)成了一個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。在今后論及廣義相對論時我們還會看到，時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯(lián)系。

【原理】

物質(zhì)在相互作用中作永恒的運動，沒有不運動的物質(zhì)，也沒有無物質(zhì)的運動，由于物質(zhì)是在相互聯(lián)系，相互作用中運動的，因此，必須在物質(zhì)的相互關(guān)系中描述運動，而不可能孤立的描述運動。也就是說，運動必須有一個參考物，這個參考物就是參考系。

伽利略曾經(jīng)指出，運動的船與靜止的船上的運動不可區(qū)分，也就是說，當(dāng)你在封閉的船艙里，與外界完全隔絕，那么即使你擁有最發(fā)達的頭腦，最先進的儀器，也無從感知你的船是勻速運動，還是靜止。更無從感知速度的大小，因為沒有參考。比如，我們不知道我們整個宇宙的整體運動狀態(tài)，因為宇宙是封閉的。愛因斯坦將其引用，作為狹義相對論的第一個基本原理：狹義相對性原理。其內(nèi)容是：慣性系之間完全等價，不可區(qū)分。

著名的麥克爾遜·莫雷實驗徹底否定了光的以太學(xué)說，得出了光與參考系無關(guān)的結(jié)論。也就是說，無論你站在地上，還是站在飛奔的火車上，測得的光速都是一樣的。這就是狹義相對論的第二個基本原理：光速不變原理。

由這兩條基本原理可以直接推導(dǎo)出相對論的坐標(biāo)變換式，速度變換式等所有的狹義相對論內(nèi)容。比如速度變換，與傳統(tǒng)的法則相矛盾，但實踐證明是正確的，因此，從這個意義上說，光速是不可超越的，因為無論在那個參考系，光速都是不變的。速度變換已經(jīng)被粒子物理學(xué)的無數(shù)實驗證明，是無可挑剔的。正因為光的這一獨特性質(zhì)，因此被選為四維時空的唯一標(biāo)尺。

洛倫茲變換(英文Lorentztransformation），由于愛因斯坦提出的假說否定了伽利略變換，因此需要尋找一個滿足相對論基本原理的變換式。愛因斯坦導(dǎo)出了這個變換式，一般稱它為洛倫茲變換式。

【效應(yīng)】

根據(jù)狹義相對性原理，慣性系是完全等價的，因此，在同一個慣性系中，存在統(tǒng)一的時間，稱為同時性，而相對論證明，在不同的慣性系中，卻沒有統(tǒng)一的同時性，也就是兩個事件（時空點）在一個慣性系內(nèi)同時，在另一個慣性系內(nèi)就可能不同時，這就是同時的相對性，在慣性系中，同一物理過程的時間進程是完全相同的，如果用同一物理過程來度量時間，就可在整個慣性系中得到統(tǒng)一的時間。在今后的廣義相對論中可以知道，非慣性系中，時空是不均勻的，也就是說，在同一非慣性系中，沒有統(tǒng)一的時間，因此不能建立統(tǒng)一的同時性。

相對論導(dǎo)出了不同慣性系之間時間進度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)運動的慣性系時間進度慢，這就是所謂的鐘慢效應(yīng)?？梢酝ㄋ椎睦斫鉃?，運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了。

尺子的長度就是在一慣性系中'同時'得到的兩個端點的坐標(biāo)值的差。由于'同時'的相對性，不同慣性系中測量的長度也不同。相對論證明，在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應(yīng)，當(dāng)速度接近光速時，尺子縮成一個點。

由以上陳述可知，鐘慢和尺縮的原理就是時間進度有相對性。也就是說，時間進度與參考系有關(guān)。這就從根本上否定了牛頓的絕對時空觀，相對論認(rèn)為，絕對時間是不存在的，然而時間仍是個客觀量。比如雙生子理想實驗中，哥哥乘飛船回來后是15歲，弟弟可能已經(jīng)是45歲了，說明時間是相對的，但哥哥的確是活了15年，弟弟也的確認(rèn)為自己活了45年，這時與參考系無關(guān)的，時間又是'絕對的'。這說明，不論物體運動狀態(tài)如何，它本身所經(jīng)歷的時間是一個客觀量，是絕對的，這稱為固有時。也就是說，無論你以什么形式運動，你都認(rèn)為你喝咖啡的速度很正常，你的生活規(guī)律都沒有被打亂，但別人可能看到你喝咖啡用了100年，而從放下杯子到壽終正寢只用了一秒鐘。

【結(jié)論】

相對論要求物理定律要在坐標(biāo)變換（洛倫茲變化）下保持不變。經(jīng)典電磁理論可以不加修改而納入相對論框架，而牛頓力學(xué)只在伽利略變換中形式不變，在洛倫茲變換下原本簡潔的形式變得極為復(fù)雜。因此經(jīng)典力學(xué)要進行修改，修改后的力學(xué)體系在洛倫茲變換下形式不變，稱為相對論力學(xué)。

狹義相對論建立以后，對物理學(xué)起到了巨大的推動作用。并且深入到量子力學(xué)的范圍，成為研究高速粒子不可缺少的理論，而且取得了豐碩的成果。然而在成功的背后，卻有兩個遺留下的原則性問題沒有解決。第一個是慣性系所引起的困難。拋棄了絕對時空后，慣性系成了無法定義的概念。我們可以說慣性系是慣性定律在其中成立的參考系。慣性定律實質(zhì)是一個不受外力的物體保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。然而'不受外力'是什么意思?只能說，不受外力是指一個物體能在慣性系中靜止或勻速直線運動。這樣，慣性系的定義就陷入了邏輯循環(huán)，這樣的定義是無用的。我們總能找到非常近似的慣性系，但宇宙中卻不存在真正的慣性系，整個理論如同建筑在沙灘上一般。第二個是萬有引力引起的困難。萬有引力定律與絕對時空緊密相連，必須修正，但將其修改為洛倫茲變換下形勢不變的任何企圖都失敗了，萬有引力無法納入狹義相對論的框架。當(dāng)時物理界只發(fā)現(xiàn)了萬有引力和電磁力兩種力，其中一種就冒出來搗亂，情況當(dāng)然不會令人滿意。

愛因斯坦只用了幾個星期就建立起了狹義相對論，然而為解決這兩個困難，建立起廣義相對論卻用了整整十年時間。為解決第一個問題，愛因斯坦干脆取消了慣性系在理論中的特殊地位，把相對性原理推廣到非慣性系。因此第一個問題轉(zhuǎn)化為非慣性系的時空結(jié)構(gòu)問題。在非慣性系中遇到的第一只攔路虎就是慣性力。在深入研究了慣性力后，提出了著名的等效原理，發(fā)現(xiàn)參考系問題有可能和引力問題一并解決。幾經(jīng)曲折，愛因斯坦終于建立了完整的廣義相對論。廣義相對論讓所有物理學(xué)家大吃一驚，引力遠比想象中的復(fù)雜的多。至今為止愛因斯坦的方程也只得到了為數(shù)不多的幾個確定解。它那優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式至今令物理學(xué)家們嘆為觀止。就在廣義相對論取得巨大成就的同時，由哥本哈根學(xué)派創(chuàng)立并發(fā)展的量子力學(xué)也取得了重大突破。然而物理學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)，兩大理論并不相容，至少有一個需要修改。于是引發(fā)了那場著名的論戰(zhàn)：愛因斯坦VS哥本哈根學(xué)派。直到現(xiàn)在爭論還沒有停止，只是越來越多的物理學(xué)家更傾向量子理論。建立了廣義相對論以后，愛因斯坦后來的約四十年的時間都用來探索統(tǒng)一場論，試圖把引力和電磁力統(tǒng)一起來，以完成物理學(xué)的完全統(tǒng)一。剛開始幾年他十分樂觀，以為勝利在握；后來發(fā)現(xiàn)困難重重。當(dāng)時的大部分物理學(xué)家并不看好他的工作，因此他的處境十分孤立。雖然他始終沒有取得突破性的進展，不過他的工作為物理學(xué)家們指明了方向：建立包含四種作用力的超統(tǒng)一理論。目前學(xué)術(shù)界公認(rèn)的最有希望的候選者是超弦理論與超膜理論。

以易經(jīng)來看愛因斯坦的相對論

愛因斯坦的相對論的公式，是否存在缺陷？以易經(jīng)的數(shù)理來看其缺陷所在。

愛因斯坦的相對論的公式，E=mc2C的平方就是乾的平方，所以邵康節(jié)算的乾策六爻不斷分形，然后全是按平方算的。但是相對論為什么不能成為萬有定律，是因為M這個值中沒有表現(xiàn)出分形的地支。

我們的世界是虛無的是能量體幻化為現(xiàn)實物質(zhì)，也就是E是能量，而它成為物質(zhì)是由乾和坤這兩個數(shù)的和而成。乾是平方數(shù)，坤是加一倍法的分形。

生：E=2c2？

師：不是這么簡單。這公式如何立，我是沒有這本事立，我只是從乾坤合的策數(shù)就是我們的時間和空間來推出相對論公式有缺陷。你要看邵康節(jié)的書，他的乾數(shù)和坤數(shù)的變化。

《皇極經(jīng)世書今說》第七章，第三節(jié)，講到乾為一

乾為一。

乾之五爻，分而為大有，以當(dāng)三百六十之?dāng)?shù)也。

乾之四爻，分而為小畜，以當(dāng)十二萬九千六百之?dāng)?shù)也。

乾之三爻，分而為履，以當(dāng)一百六十七億九千六百一十六萬之?dāng)?shù)。

乾之二爻，分而為同人，以當(dāng)二萬八千二百一十六兆零九百九十萬七千四百五十六億之?dāng)?shù)也。

乾之初爻，分而為姤，以當(dāng)七稊九千五百八十六萬六千一百一十垓零九千九百四十六萬四千零八京八千四百三十九萬一千九百三十六兆之?dāng)?shù)也。

是謂分?jǐn)?shù)也，分大為小，皆自上而下，故以陽數(shù)當(dāng)之。

六十四卦圓圖可以把這幾個卦標(biāo)出來看。這些數(shù)全是平方數(shù)出來的。相當(dāng)于相對論公式中的C平方數(shù)。

生：這個乾六畫爻，一共有6爻，整體為乾為始為1，乾之五爻為360，從這里開始相乘，那乾之六爻呢？

六爻就是一元之?dāng)?shù)，六爻全了就回到本源了。乾為一，就是指的六爻。

五爻為什么是360呢，這個是216+144，乾坤的策數(shù)之合，這里為什么要用360，既然是乾，為什么不用乾策數(shù)呢，小策，或者大策數(shù)？

初爻數(shù)最大，六爻，也就是乾為一數(shù)最小，其實這是講的一個順逆行的問題。畫卦是從初往六爻畫。但是分?jǐn)?shù)是從上往下分。

第五節(jié)天統(tǒng)乎體

“天統(tǒng)乎體，故八變而終于十六，地分乎用，故六變而終于十二?！边@一就是干支分形的基礎(chǔ)論。

天起于一，而終于七稊九千五百八十六萬六千一百一十垓零九千九百四十六萬四千零八京八千四百三十九萬一千九百三十六兆之?dāng)?shù)也。（也即初爻之?dāng)?shù)）

在說坤時說，是第四節(jié)，

一生二為夬，當(dāng)十二之?dāng)?shù)也。（這就是十二辟卦的分形，是十二地支數(shù)。是從乾順時針往姤到夬終，六十四卦繞一圈的數(shù)。）

二生四為大壯，當(dāng)四千三百二十?dāng)?shù)也。

四生八為泰，當(dāng)五萬五千九百八十七萬之?dāng)?shù)也。

八生十六為臨，當(dāng)九百四十兆三千六百九十九萬六千九礙十一億二千萬之?dāng)?shù)也。

十六生三十二為復(fù)。當(dāng)二千六百五十二萬八千八百七十垓三千六百六十四萬八千八百京二千九百四十七萬九千七百三十一兆二千萬億之?dāng)?shù)。

生：4320=12*360

三十二生六十四為坤，當(dāng)無極之?dāng)?shù)也。

坤數(shù)就是加一倍法，一變二，二變四，四變八，八變十六，十六變?nèi)?，三十二變六十四?/span>

這樣六變，所以邵康節(jié)說體四用六，六氣在體四上運行。這六變就是地支分形的六氣。乾的五變就是五運，五運六氣，格庵預(yù)言說：“五運六氣皆幻事”。整個宇宙是虛幻的化身。這個變化是如何出來的就是數(shù)的旋復(fù)變動，也即河圖的一四混與二三混。中有不動的五。用六十四卦圖能看到十六到八到四到二這樣的分形變化。

邵康節(jié)說：“體數(shù)何為者？”

“體數(shù)，何為者也？生物者也。用數(shù)，何為者也？運行者也。運行者天也，生物者地也。天以獨運，故以用數(shù)自相乘，而以用數(shù)之用，為生物之時也。地偶而成，故以體數(shù)之用，陽乘陰，為生物之?dāng)?shù)也?！?/span>

從這段話能看出皇極經(jīng)世中的數(shù)是講的宇宙生物和物質(zhì)運行變化，生長衰退之?dāng)?shù)。但是這數(shù)是以一元之?dāng)?shù)為例，也就是129600年里的數(shù)變分形。

補充說明：數(shù)字來自《皇極經(jīng)世書今說》這本書，但“四生八為泰，當(dāng)五萬五千九百八十七萬之?dāng)?shù)也?！睍羞@組數(shù)字可能是錯的。算法應(yīng)該是4320*129600=559872000

宇宙膨脹異常的4種猜想，愛因斯坦相對論遭質(zhì)疑

宇宙膨脹的速度比我們想象的要快，每當(dāng)天文學(xué)家們認(rèn)為他們接近了解宇宙的時候，大自然就會給他們另一個難題來應(yīng)付，這給宇宙學(xué)家?guī)砹撕芏嗬_。宇宙的快速膨脹，愛因斯坦的廣義相對論遭到質(zhì)疑，因為該公式是計算框架，如果計算的公式稍有錯誤，哪怕其他都是對的，結(jié)果肯定是不精確的。

宇宙膨脹的速率是檢驗宇宙理論的驗金石，它通常被稱為哈勃常數(shù)，也是哈勃定律中的常數(shù)值。哈勃定律是關(guān)于物理宇宙論的陳述。該定律是哈勃和米爾頓·修默生在接近十年的觀測之后，于1929年首先公式化，被認(rèn)為是在擴展空間范例上的第一個觀察依據(jù)，經(jīng)常被援引作為支持大爆炸的一個重要證據(jù)。

測量哈勃常數(shù)的方法分為兩個陣營:1對相對較近的天體的研究；2對宇宙起源輻射的研究。兩種方法都應(yīng)該給出相同的擴展速率。

這個問題最早出現(xiàn)在去年6月，當(dāng)時另一個名為“SH0ES”的天文學(xué)家團隊發(fā)布了一個令人驚訝的較高哈勃常數(shù)值，但是NASA的兩個航天器的從宇宙微波背景輻射中計算出了相對較慢的哈勃常數(shù)，它與天文學(xué)家團隊的測出的哈勃常數(shù)值相矛盾。

當(dāng)時，天文學(xué)家對自己探測的哈勃常數(shù)非常有信心，他們甚至還提到即將進入“精確宇宙論”時代。在他們看來，幾乎所有的事情都是關(guān)于宇宙的構(gòu)成的，都可以用科學(xué)的方法解釋宇宙的現(xiàn)象。

發(fā)表在英國皇家天文學(xué)會的五篇論文的研究結(jié)果表明，關(guān)于宇宙快速膨脹的出現(xiàn)，除了要進行精確的計算外，還有更多的事情要做。負責(zé)人德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的雪莉教授說,“宇宙的膨脹速度現(xiàn)在開始以不同的方式被精度高的測量,宇宙快速膨脹的異?，F(xiàn)象可能是由超出我們當(dāng)前宇宙知識的新物理現(xiàn)象?！?/span>

我們知道，宇宙肯定比我們想象的要復(fù)雜得多。為了解釋其他令人費解的現(xiàn)象，宇宙學(xué)家們已經(jīng)假定了一些影響膨脹率的物質(zhì)。

首先是暗能量。它的作用是加速宇宙的膨脹。這些新的觀察結(jié)果或許會表明，這些暗能量對宇宙膨脹系數(shù)起到了一定的增強作用。

其次，還有暗物質(zhì)。

盡管科學(xué)家懷疑它的存在已經(jīng)幾十年了，天文學(xué)家和物理學(xué)家們并沒有發(fā)現(xiàn)這一物質(zhì)的單一粒子。暗物質(zhì)是否會影響到宇宙的膨脹，至今還是未解之謎。

第三，是否會有一種暗輻射?

暗輻射可以無形地在宇宙中攜帶能量，并改變宇宙的膨脹。

第四，愛因斯坦的廣義相對論有什么問題嗎?

廣義相對論是天文學(xué)家用來計算哈勃常數(shù)的數(shù)學(xué)框架，它基于空間中所包含的物質(zhì)和能量。

如果這些方程稍微偏離了一點，那么我們就可以把其他所有的事情都做對了，因為公式問題就會得到了錯誤的答案。

到目前為止，還沒有人知道究竟是什么原因加快了宇宙膨脹并提出解決辦法。

最近聽說，我國科學(xué)家超越了愛因斯坦廣義相對論？

事情有點石破天驚。

愛因斯坦提出廣義相對論100周年剛剛過去，有媒體稱，中國科學(xué)家提出了“超越愛因斯坦廣義相對論”的理論。

據(jù)中國科學(xué)報21日報道，近日，中科院院士、中科院卡弗里理論物理研究所研究員吳岳良，打破愛因斯坦廣義相對論中關(guān)于廣義坐標(biāo)變換不變假設(shè)的局限，不再從推廣狹義相對論和坐標(biāo)時空幾何的途徑來構(gòu)建量子引力理論，而是基于量子場論和對稱原理，建立超越愛因斯坦廣義相對論的引力量子場論。相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論》。

后面這段話不太好懂：

研究表明，在四維引力場時空中建立的引力量子場論，可統(tǒng)一描述引力、電磁力和弱力等自然界基本相互作用力。并導(dǎo)出含有引力場效應(yīng)的所有基本量子場運動方程和所有基本對稱性對應(yīng)的守恒定律，包括超越愛因斯坦廣義相對論的引力場方程和能動量守恒定律。在引力量子場論中，彎曲坐標(biāo)時空的幾何度規(guī)不再作為基本引力場。對稱原理作為刻畫對稱與對稱破缺的基本原理。正是引力量子場論中的量子效應(yīng)，使得引力標(biāo)度子引發(fā)整體標(biāo)度對稱性破缺而導(dǎo)致早期宇宙的暴脹，給出以量子暴脹宇宙為起源的量子引力場時空動力學(xué)。研究證明，引力量子場論在低能情況下的有效理論給出愛因斯坦廣義相對論，預(yù)言無質(zhì)量的引力子以及有質(zhì)量的自旋規(guī)范子和標(biāo)度規(guī)范子。因此，相比于愛因斯坦廣義相對論中廣義坐標(biāo)變換不變的假設(shè)，引力量子場論中關(guān)于自然界基本規(guī)律與時空坐標(biāo)和標(biāo)度選取無關(guān)并遵循局域規(guī)范不變的假設(shè)更為基本。

在能力范圍內(nèi)稍微解釋一下。

第一句話提到“統(tǒng)一引力、電磁力和弱力”。自然界有四種基本相互作用力，分別是引力、電磁力、強力和弱力。

目前成熟的理論，也就是經(jīng)得住實驗檢驗的，廣義相對論能描寫引力，其它基本相互作用則可以在量子力學(xué)的框架內(nèi)描寫（量子場論）。但是能統(tǒng)一描述四種基本相互作用力的“大統(tǒng)一理論”則都不成熟。比較有希望的是超弦理論，許多科學(xué)家投入了心血，能不能檢驗?zāi)?？最近包括丘成桐在?nèi)的科學(xué)家，都期望中國建設(shè)巨型對撞機，通過不同的渠道跟國家領(lǐng)導(dǎo)人提出建這個機器的請求。弦論的一個主要基礎(chǔ)是超對稱，用這個機器，如果能夠找到超對稱的話，超弦理論基本上就是對的?，F(xiàn)在能夠?qū)⒁α孔踊闹饕睦碚撌浅摇?/span>

那么吳岳良院士的工作是什么呢？也是要做一個聯(lián)系相對論和量子力學(xué)的理論，可能還要以此解釋宇宙起源（暴脹宇宙），但是他的做法是反過來，不是引力量子化，而是量子引力化，出發(fā)點不同。

這樣的工作當(dāng)然是非常前沿的，但各種各樣的統(tǒng)一理論也很多，在宣傳上需要非常謹(jǐn)慎，無論多么自信，如果沒有實驗檢驗，是不可能拿諾貝爾獎的。

本來呢，聽說這件事被冠以“超越了愛因斯坦廣義相對論”，還以為是媒體標(biāo)題黨。

然而在中科院理論物理研究所的網(wǎng)站上，吳岳良院士過幾天要做的講座，標(biāo)題也是如此。并不是“超出標(biāo)準(zhǔn)模型”之類的說法，而是大有借愛因斯坦抬高自己之意。

如此自信，很期待這個講座。

成果最終還是要實驗檢驗，目前的條件下恐怕很難，這需要超超超超級的對撞機啊。

引用率當(dāng)然也很重要。小編在《物理評論D》（PRD影響力不如PRL、Science、Nature等）上查到了這篇論文，是1月11日發(fā)的，文章更早就已經(jīng)寫出了，并沒有被引用過?？磥矸错懖⒉凰愦蟆?/span>

如果愛因斯坦的相對論被推翻會發(fā)生什么?

相對論已經(jīng)是目前描述宏觀世界的最偉大的理論，在理論上和實踐上已經(jīng)被無數(shù)次的驗證和使用。運用相對論的理論，人們發(fā)現(xiàn)并推導(dǎo)出了黑洞，觀測到了引力透鏡，發(fā)現(xiàn)了時空彎曲和高速運動下的時空關(guān)系，他的理論廣泛運用于科學(xué)研究和科技發(fā)展。

他的理論催生了原子彈和核能利用，全球定位系統(tǒng)也是在他的理論指導(dǎo)下實現(xiàn)的。這個理論正在被科學(xué)界廣泛的采用和深入研究，并指導(dǎo)取得了許多新的發(fā)現(xiàn)和進步。

我們先來說說相對性原理吧。其實“相對性原理”若被稱為“絕對性原理”也許更合適。雖然，相對性原理認(rèn)為，不僅是速度等物理現(xiàn)象是相對性的，要建立參考系來觀察;就連時間與空間本身也不是絕對性的。但這不意味著相對性原理否認(rèn)物理規(guī)律的絕對性，恰恰相反，相對性原理認(rèn)為:物理規(guī)律其實在任何參考系內(nèi)是一致的。也就是說，不要認(rèn)為不同的星系之間所遵循的物理科學(xué)原理是不一樣的。它們的時空彎曲的曲率也許是不同的，但之所以能比較其曲率，恰恰是因為它們適用于同樣的物理方程的測算。

由此可見，這相對性原理其實是非常哲學(xué)性的，其最粗略的版本的歸納，應(yīng)該歸功于伽利略，所以其實也是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)。只不過愛因斯坦在使用時，不像牛頓那樣保留了時間與空間的絕對性。

不過，再完美的理論也有局限性，相對論也不例外。首先經(jīng)?？吹搅孔永碚摚敲戳孔拥降资鞘裁茨?量子，按照字面意義就是不連續(xù)的能量聚集“小顆粒”(子一般都帶有顆粒的意思，如棋子、石子等等)，但是量子力學(xué)微觀世界中的量子絕對不是小顆粒，倒是可以類比空氣中的龍卷風(fēng)，它有能量的聚集中心，但外圍也不是沒有能量，只不過弱到忽略不計。

而相對論是一種適用于真空渦旋(自旋量子)的理論。并且，極微觀世界，也不一定全都是量子的世界，即并不全是真空渦旋，根據(jù)超流體真空論，超流體性質(zhì)的真空中，除了渦旋，還有其他運動狀態(tài)，甚至可能量子(其實應(yīng)該說是一種真空的運動狀態(tài))僅僅是占其中很少的比例，其他的目前人類可以感應(yīng)到的可能就是量子糾纏了，這是因為人類目前只能感應(yīng)到量子表現(xiàn)出來的各種現(xiàn)象，而無法感應(yīng)到非量子真空運動狀態(tài)表現(xiàn)出來的現(xiàn)象。

如果推翻相對論，需要建立包含自旋性質(zhì)量子的超流體真空的理論，在這個理論中，還要包含連續(xù)超流體真空“介質(zhì)”(可以稱之為以太)的性質(zhì)，這樣就可以解釋量子糾纏以及其他的關(guān)于量子的奇異現(xiàn)象。

科學(xué)從來都沒有絕對真理，它的正確性都是有時空限制的，所有的科學(xué)都是在發(fā)展中否定之否定中前行的。牛頓是經(jīng)典力學(xué)的奠基人，他的發(fā)現(xiàn)和理論指引了人們從混沌中走出，對世界的認(rèn)識有了一個突變。

但他的理論受當(dāng)時觀測條件和研究方法設(shè)施的制約，還是有一定的局限性，相對論在這個基礎(chǔ)上進了一步，對牛頓理論進行了完善和修訂，是人們的認(rèn)識又有了一個新的飛躍。相對論也是這樣，即使在今后的科學(xué)發(fā)展中有新的補充和完善，甚至對其中某些理論進行了否定，這些都不足為奇，只能是人類有一次進步，而且絲毫不影響相對論的階段性偉大。沒有這個階段性偉大，就沒有后來的發(fā)展。

從暗物質(zhì)、暗能量及量子理論中的問題來看，相對論有可能不是揭示宇宙奧秘的終極理論，但至少是指引人類朝發(fā)現(xiàn)宇宙終極機理的有效方向之一，理由是相對論的一些理論指引已被絕大多數(shù)的事實獲得驗證。

當(dāng)然，這些驗證也可能被將來新的理論等同解釋，正向牛頓理論可被相對論在低速弱場中解釋一樣。從人們立志推翻相對論而言，需要在理論上有足夠深的洞察力，在證據(jù)上要有確鑿可靠的事實作支撐，在指引上可對未知世界有指引能力。

提出推翻等這類想法都不應(yīng)是口號式或沖動的，甚至是為反對而反對的，而應(yīng)當(dāng)是胸有成竹的行動。在科學(xué)前進的道路上，特別是攻堅克難的時候，是需要質(zhì)疑和猜想的，但這應(yīng)當(dāng)是建立在深厚功底與深思熟慮的基礎(chǔ)之上。

所以，相對論即使被推翻了也不會發(fā)生什么，只會更好了。就像人類社會，從混沌中走來，從原始社會到奴隸社會到封建社會，再到資本主義社會，每一次都是一個飛躍，這并不能否定前面每一次飛躍的進步性。這就是科學(xué)精神，就是人類認(rèn)識這個世界的規(guī)律之路。