咱們之前說過狹義相對論，有兩個基本假設(shè)即光速不變原理和相對性原理。光速不變原理指：單向光速是個常數(shù)在宇宙中是一個定值，與光源的運(yùn)動無關(guān)，與參照系無關(guān)，不因參考系的改變而改變。光的傳播按照弦理論所說就是宇宙中弦的振動的擴(kuò)散，它跟宇宙的能量密度或整體性質(zhì)有關(guān)，這句話不好理解，可以這樣理解，只要宇宙的幾個常量不變光速是不會改變的，宇宙常量變了，也就沒有人類了。

狹義相對性原理：一切勻速直線運(yùn)動或者靜止的坐標(biāo)系下，物理定律在一切參考系中都具有同樣的數(shù)學(xué)形式，一切物理定律在所有慣性參考系中都是等價（平權(quán)）的，沒有一個慣性系具有優(yōu)越地位，不存在絕對靜止的參考系。從而否定了牛頓的絕對時空，這個原理是伽利略相對性原理（力學(xué)相對性）的一個推廣，在一個參考系中建立起來的物理定律，通過適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，可以適用于任何參考系。

相對性原理最初由伽利略提出，當(dāng)時的適用范圍是經(jīng)典力學(xué)。愛因斯坦將其推廣到包含力學(xué)和電磁學(xué)的整個經(jīng)典物理學(xué)范圍，凡是對力學(xué)方程適用的坐標(biāo)系同樣適用于電動力學(xué)和光學(xué)里的定律，但并不包括非慣性參考系；

后來更進(jìn)一步將引力現(xiàn)象也包含進(jìn)來這就是廣義相對論的相對性原理。

相對性原理本身就是一個事實，只是由于人們作為動物先天設(shè)定的主觀感覺，才一直覺得世界是絕對的，人是動物，為求存，而不是求真，現(xiàn)在我們求真就是為了求存！

請問愛因斯坦是什么學(xué)家？大家都會回答物理學(xué)家+科學(xué)家，不完全對，他更是思想家，因為愛因斯坦用狹義相對論改變了世人的世界觀，沒過多久他又用廣義相對再一次改變了人類的世界觀，之后數(shù)次改變?nèi)祟愂澜缬^，他開啟了愛因斯坦時代。

愛因斯坦為什么要想很久的廣義相對論？不僅是我之前說的原因：愛因斯坦的學(xué)說出現(xiàn)，它不能完全否證牛頓學(xué)說在宏觀領(lǐng)域的匹配和正確，它不能完全否證這一點(diǎn)。因此愛因斯坦的相對論在狹義相對論處理完以后，他必須處理廣義相論，他必須處理引力和時空彎曲相對理論的匹配關(guān)系。他把這個問題處理完相對論才成立。

還有一個原因就是我上期節(jié)目論時空觀說的：物理學(xué)家想搞大統(tǒng)一。愛因斯坦后半生一直在想用一個“更廣義”的理論或者叫“更一般”的理論，用幾個最基本的原則去統(tǒng)一描述看似完全不同的物理現(xiàn)象。

廣義相對論也叫一般相對論，狹義相對論也叫特殊相對論。

愛因斯坦的風(fēng)格是什么？敢想敢做敢決斷，只要相信最初的原則是對的，那不管推導(dǎo)出什么離奇的結(jié)果，都得接受，就算當(dāng)時實驗驗證不了，將來總有人驗證。之前咱們也說了麥克斯韋沒有做實驗但卻預(yù)言了電磁波，今日的我們才驗證了引力波和黑洞，可見當(dāng)時愛因斯坦的理論提出是多么超前和難以理解，這也說明了基礎(chǔ)理論走的太前了，科學(xué)它越來越難以貫通整個廣義邏輯。

大家知道，到愛因斯坦時代，科學(xué)界已經(jīng)驚呼，理論物理學(xué)是理論的天堂，實驗的地獄。而到今天，超弦理論、M理論、多重宇宙理論、平行宇宙理論等等科學(xué)上的最大創(chuàng)新，居然全都無法做基礎(chǔ)驗證，成為飄散在空中的奇談怪論，它標(biāo)志著科學(xué)越來越虛無縹緲和玄學(xué)化，它標(biāo)志著從學(xué)術(shù)角度思維的高層失穩(wěn)態(tài)達(dá)到極致；科學(xué)自從伽利略時代開始后就走向了理論科學(xué)+實驗科學(xué)，這叫“實證科學(xué)”，所以理論物理學(xué)家很少能等到自己的預(yù)言被證實。當(dāng)然也有波普爾突出的“證偽主義”，關(guān)于科學(xué)的定義還沒有一個確切的。

愛因斯坦也不是一直都對，他認(rèn)為他犯的“最大的錯誤”是提出宇宙常數(shù)。廣義相對論預(yù)測宇宙要么在膨脹要么在收縮。在愛因斯坦提出廣義相對論的時候，物理學(xué)家們都認(rèn)為宇宙是靜態(tài)的，為了解決這個矛盾，愛因斯坦在廣義相對論的公式里頭增加了一個宇宙常數(shù)（用希臘字母Λ表示），讓宇宙變成靜態(tài)。在哈勃發(fā)現(xiàn)宇宙在膨脹之后，愛因斯坦懊悔不已，因此把宇宙常數(shù)當(dāng)作他犯的“最大的錯誤”。

在廣義相對論的視角下，宇宙無非就是物質(zhì)和時空，那么宇宙中那么多物質(zhì)和這個時空的關(guān)系是什么？也就是說這么多星球在廣闊的時空中，整體上他們會有什么行為，顯而易見，根據(jù)相對論，取決于宇宙中物質(zhì)密度的大小，引力場方程解出來的宇宙大尺度時空是有三個解的：

• 宇宙中物質(zhì)比較密集，引力場就比較強(qiáng)，整個大尺度上看時空的形狀就是蜷縮著的，用數(shù)學(xué)的語言就是曲率是正的，正曲率就像是球面

• 宇宙中物質(zhì)比較疏散，引力場就比較弱，時空的形狀就是伸展開的，曲率是負(fù)的則像個馬鞍

• 宇宙中物質(zhì)密度不大不小，時空形狀就是在大尺度上平直的，曲率正好等于0

Ω代表密度

在腦海中解一下就發(fā)現(xiàn)，如果宇宙的曲率是正的，時空就會不斷收縮，如果曲率是負(fù)的或者是0，時空就會不斷膨脹；總的來說引力場方程給出來的可能性都指向一個結(jié)論：宇宙不可能是靜態(tài)的。

這和當(dāng)時絕對時空觀是違背的，甚至今天還有人認(rèn)為太陽系和銀河系在大尺度上是靜止不動的，然后天體繞著太陽公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。更別說當(dāng)時百年前的人咋理解這個時空觀呢？人們覺得可以有生死，任何物質(zhì)都會死滅，但宇宙怎么可能不是永恒的？

所以愛因斯坦為了解決這個問題就提出了前面咱們說的那個公式中紅色希臘字母Λ的“宇宙常數(shù)”

Λ的存在只是給這個公式提供一個靜態(tài)的宇宙解，因為該比例常數(shù)很小﹐在銀河系尺度范圍可忽略不計。只在宇宙尺度下，Λ 才可能有意義，所以廣義相對論在任何局部上的計算都還是一樣的結(jié)果。

但是十幾年過去了，天文學(xué)家哈勃系統(tǒng)性的觀測到遠(yuǎn)方的星體，發(fā)現(xiàn)星體發(fā)出的光譜都出現(xiàn)了紅移，也就是說：遠(yuǎn)方的星星都在離我們而去。說明宇宙正在膨脹，宇宙不是靜態(tài)的。

后來還證明宇宙不僅膨脹還是加速膨脹。詳細(xì)了解宇宙加速膨脹點(diǎn)擊文字聽宇宙課堂的節(jié)目內(nèi)容

愛因斯坦后不后悔？后悔！才有了他那句話：宇宙常數(shù)是我一生最大的錯誤。

量子力學(xué)和統(tǒng)一理論

他還有一個錯誤，廣義相對論帶來宇宙學(xué)的革命同時，物理學(xué)的另一個地方也出現(xiàn)了不可思議的革命，那就是現(xiàn)在我們熟知的量子力學(xué)。

當(dāng)然你要知道一前提，愛因斯坦是量子力學(xué)的開創(chuàng)者，他獲得諾貝爾獎的就是光電效應(yīng)：光不是像水流一樣連續(xù)流動，而是一小份一小份的“光子”。從此人們第一次知道“量子”這個概念。因為所謂“量子”就是不連續(xù)變化的，一小份一小份的東西。

玻爾↑

著名的物理學(xué)家玻爾一開始完全不能接受“量子”這個概念，光怎么能使不連續(xù)的流動的呢？確實直觀看來是如此，但是后來他成了量子理論堅定的粉絲和發(fā)言者，玻爾進(jìn)一步提出：原子中電子的軌道也是“量子”的狀態(tài)，電子只能從一個軌道突然跳到另外一個軌道，而不是經(jīng)過一個所謂的中間地帶。就像是光，不是像水流一樣，而是一份一份的光子。

愛因斯坦啥態(tài)度？他不接受，他無法相信有什么東西能在時空中跳躍，相對論是說時空的尺寸是相對的，是可以隨意彎曲的，但是時空本身的存在得需要尊重，如果你說一個東西本來在這里，突然出現(xiàn)在那里，你讓時空情何以堪。

但是量子力學(xué)不斷發(fā)展，不斷革命，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個現(xiàn)象，雙縫實驗：一個粒子可以同時穿過兩個縫隙，可以即在這里，又在那里——“位置”和“速度”這些最基本的東西都測不準(zhǔn)了，不可靠了，因為你無法捕捉到粒子的準(zhǔn)確位置更別談去算速度了，這就是量子力學(xué)，后面我們會聊。

愛因斯坦啥態(tài)度？還是不接受。量子力學(xué)接著再告訴他：世界上的事情都似乎完全隨機(jī)發(fā)生的，物理學(xué)再精確，也不可能做出預(yù)言，在量子力學(xué)的世界里沒有確定性，只有概率。愛因斯坦憤怒的說：上帝不會擲骰子。這就是著名的自然決定論和非決定論的爭吵。

（第五屆索爾維會議）↑

索爾維會議你沒聽過沒關(guān)系，這張照片你一定見過，當(dāng)時世界上最厲害的物理學(xué)家的大集會。這就是第五次索爾維會議。就在這次會議上，愛因斯坦跟支持量子力學(xué)的物理學(xué)家展開一次又一次的論戰(zhàn)，有時候愛因斯坦白天提出一個思想實驗證明量子力學(xué)結(jié)論不對，量子力學(xué)的代表玻爾就想一晚上，第二天指出愛因斯坦理論的漏洞，但是要說明，他們不是在互相攻擊，那不是咱們這邊的辯論賽。你看看那張照片，愛因斯坦最中間，旁邊都是大佬，還不是一般的大佬。

（第一屆索爾維會議）↑

（玻爾和愛因斯坦）↑

（愛因斯坦和索爾維物理學(xué)會議主席朗之萬）↑

（愛因斯坦與普朗克）↑

科學(xué)是殘酷的，物理學(xué)的歷史最終站在了量子力學(xué)的一邊，到1930年代，幾乎所有的主流物理學(xué)家都接受量子力學(xué)，并且在搞研究，這情景和他們當(dāng)初接受廣義相對論孤立牛頓學(xué)說一樣，愛因斯坦....陷入了孤立。

矛盾出在哪里？不是出在狹義相對論，狹義相對論和量子力學(xué)統(tǒng)一了，叫量子場論。問題出在廣義相對論，他和量子力學(xué)的根本矛盾是：廣義相對論認(rèn)為時空是連續(xù)的，只要選定了坐標(biāo)系，位置和速度都是唯一的，都是確定的，廣義相對論認(rèn)為物理定律完全可以計算一切運(yùn)動。

量子力學(xué)全和他唱反調(diào)；什么連續(xù)的，不是，量子運(yùn)動是隨機(jī)的；什么可以計算，不是，只能計算概率；什么位置速度是唯一的，不是，粒子的位置都不確定還測速度呢，速度都測不了還談什么計算一切運(yùn)動呢？

愛因斯坦陷入危機(jī)中，為什么？因為廣義相對論是大尺度的一個理論，量子力學(xué)研究的是微觀世界，井水目前犯不上河水，其他人都覺得這個矛盾先放著，不著急。愛因斯坦不能坐視不管，他的性格也決定他不可能不管，所以他后半生一直希望繼續(xù)搞一個大事情！就是得到一個統(tǒng)一理論，像之前相對論告訴世人物理定律都一樣的樣子，告訴世人宏觀和微觀其實是一回事。物理發(fā)展史就是不斷告訴人們最基本的都一樣，所謂統(tǒng)一理論。但是可惜，愛因斯坦1955年去世了，他沒有再次給人們帶來驚喜，他只能說剩下的交給后人。

(自左至右：能斯特、愛因斯坦、普朗克、密立根、勞厄)

所以愛因斯坦的學(xué)說不僅在廣義相對論和量子力學(xué)上有矛盾才使得他面臨這樣的情景，而是因為：這就是科學(xué)，縱觀科學(xué)史，但凡是科學(xué)的東西，最終都被后人證明是“錯”了的東西。

這說明什么？說明：人類文明進(jìn)程就是一個信息增量進(jìn)程，人類的任何一個思想系統(tǒng)，都是對當(dāng)時信息增量的整頓。所以人類的任何思想模型都不是真理，我們只是將這些不同信息增量整頓成當(dāng)前自洽的模型。

牛頓學(xué)說的模型是處理他那個時代的信息量，當(dāng)信息增量繼續(xù)增加，加上人類對微觀世界的探索，牛頓學(xué)說崩潰，加上牛頓學(xué)說本身存在解釋不了的問題，比如：水星進(jìn)動計算有偏差，比如：牛頓說引力不可能憑空產(chǎn)生，而是有一個像亞里士多德說的“以太”的東西作為介質(zhì)，這都是無法解釋的，后來咱們知道引力都不存在，更不存在“以太”，所以任何一個思想模型和系統(tǒng)，都是對自己當(dāng)下的理論系統(tǒng)和信息增量做一個整頓。

科學(xué)要具備的就是嚴(yán)格的邏輯三洽：自洽；他??；續(xù)??；也就是說你不僅要能自圓其說，你得和其他的理論體系不矛盾，也就是說你得用你的學(xué)說在更精確的層面上去解釋他的學(xué)說，比如愛因斯坦學(xué)說就是牛頓學(xué)說的進(jìn)一步精確化的表達(dá)，而不是對立。

老先生的哲學(xué)課里說：哲學(xué)和科學(xué)所說的理論思想模型是非常嚴(yán)格的，它是精確到不允許隨便調(diào)整的，而且它必須具有普解性，也就是它所對應(yīng)的所有問題，不能出現(xiàn)任何一例反例。如果出現(xiàn)任意反例，你的學(xué)說宣告崩潰，而你不能用調(diào)整自己學(xué)說的方式，處理對象失洽關(guān)系的問題，不能用這種方式。所以我們動不動就調(diào)整自己的理論模型，然后說它放之四海而皆準(zhǔn)。這種做法是非?；奶频摹?/strong>

所以哲科思想模型是非常嚴(yán)格的，到科學(xué)精確階段它更為嚴(yán)格，這就是科學(xué)的可愛之處，它要經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗，嚴(yán)格的不斷地批判和沖擊。那么當(dāng)信息量增大的時候，原有的模型繼續(xù)保持精確格局，而且要能夠容納這個信息量，這個模型才會表達(dá)為繼續(xù)適當(dāng)或繼續(xù)正確，否則它立即崩潰，這叫續(xù)洽，所謂“續(xù)洽”：就是對新出現(xiàn)的信息增量，你原有的邏輯模型要能夠容納。

比如我前面講牛頓的學(xué)說，它在宏觀領(lǐng)域用引力解釋所有問題有效，可它無法處理19世紀(jì)以后出現(xiàn)的微觀世界運(yùn)動這個新的信息量和新現(xiàn)象，它完全無法處理。于是牛頓學(xué)說在微觀世界退為背景，失效，因為在宏觀世界我們?nèi)祟愄幱诘退俣葧r空，所以仍然夠用，我們繼續(xù)學(xué)習(xí)繼續(xù)使用。

（普朗克：學(xué)物理前→學(xué)物理中→學(xué)物理后）↑

愛因斯坦去世之后粒子物理學(xué)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，1970年代，物理學(xué)家把電磁相互作用，弱相互作用和強(qiáng)相互作用給統(tǒng)一起來了，四大自然力的前三個都統(tǒng)一了，只剩下引力沒有統(tǒng)一。愛因斯坦去世后也無從得知后來的微觀世界得出的這些實驗結(jié)果，他的時代由于實驗器材等限制，他說過引力波那么微弱能否被人類檢測到，甚至懷疑過引力波是否真正存在。

他這個人不像是牛頓那樣的學(xué)閥，老大哥式的人物，他很謙虛，1933年定居美國，擔(dān)任普林斯頓高等研究院的教授，脫離了物理學(xué)研究的主流，把立功的機(jī)會都讓給了別人，其實他要是繼續(xù)研究，現(xiàn)在很多的成果都得是他的名字署名了，他干嘛去了？堅持去完成那個不可能完成的大統(tǒng)一任務(wù)。

晚年的他其實很孤獨(dú)，常常一個人，因為大家都相信宇宙不是精確的產(chǎn)物，而是不確定下的一個偶然結(jié)果，其他人也不愿意和他聊天，畢竟科學(xué)家聊不到一起，總不能談一些浪費(fèi)時間的話題吧，倒是有一位和他聊的不錯，也是同時，他倆一起上下班成了愛因斯坦的忘年交，名字是哥德爾，就是那個哥德爾不完備性定理的哥德爾，是個挺著名的一個人，他是為數(shù)不多的鄙視量子力學(xué)的人，所以和愛因斯坦聊的還挺好。

（愛因斯坦的忘年交：哥德爾）↑

愛因斯坦的性格是哪種大家也都看到了，謙虛的這么一個人，不爭不搶，但是他對大自然充滿了野心，他試圖一個人找到大統(tǒng)一理論，最終發(fā)現(xiàn)終極真理。

愛因斯坦說過：上帝是不可捉摸的，但并無惡意。

（愛因斯坦與卓別林）↑

七十六歲的那年，他因為腹主動脈瘤破裂引起了內(nèi)出血，本來不是啥大事情，做個手術(shù)就ok，但是愛因斯坦拒絕了，他說：當(dāng)我想要離去的時候請讓我離去，一味的延長壽命是毫無意義的，我已經(jīng)完成了我該做的，現(xiàn)在是該離去的時候了，我要優(yōu)雅的離去。今天的我們不知道這事情是真假，因為偉人的故事總有后人去層累和杜撰。但是我們可以想象他那樣的人在生命的最后一刻，表現(xiàn)出的是無奈。（后續(xù)音頻內(nèi)容無文字）

人類是挺厲害，但大自然更厲害，人類一步步證明自己厲害的同時也在證明自己的存在是多么渺小。