狭义和广义相对论之本质区别。。。

戴榕菁

几乎可以肯定很多了解相对论的学者或科普工作者看到本文题目后会马上给出答案：它们的本质区别是狭义相对论是关于匀速运动的惯性系而广义相对论则引入了加速度。

本文所要讨论的当然不是上诉的科普知识，而是狭义与广义相对论之间在更为深层的哲学本质上的区别，是导致前者为错误而后者为真理的区别。这个区别是：

狭义相对论是建立在没有逻辑依据和实践证据的数学模型和哲学空想的基础之上而广义相对论则是建立在有着长期的实践经验及明确可靠的逻辑推理的基础之上的。

为了避免让一些科普工作者和科普爱好者们的情绪过于激动，这里反本为末，先谈理论已经建立后的所谓实验验证。对于狭义相对论的实验验证人们说的最多的是最初的Michelson-Morley实验，稍晚一些的Sagnac实验，以及现代的大气μ子穿透证据。

首先，Michelson-Morley实验的失败只能证明他们没能找到以太，根本无法证明时空的相对性或光速不变。以太与时空的绝对性之间没有必然关系。人们是在时空的本质之外提出了以太的假说，然后用没有找到以太来否定时空的绝对。非常喜剧。

其次，Sagnac实验是对于光速不是不变的最有力的证明却在过去一百多年里被解释为证明了狭义相对论，这就更加喜剧了。

再者，所谓的大气μ子穿透证据的最明显的漏洞在于解释的不对称性【[1]】：当相对论学者从地面参照系来解释时，他们说，大气μ子穿透证明了动钟变慢，而当他们从大气μ子的参照系来解释时，他们说大气μ子穿透证明了动尺变短。而这种不对称性不是偶然的，却是有着必然的原因，因为一旦反过来，他们就会得出相反的结论------当站在地面参照系时，如果应用动尺变短，他们将得出结论μ子在大气中运动时的存活时间比静止时还短，当在μ子的参照系中应用动钟变慢，他们将得出结论μ子在大气中行走的距离一定比观测到的短。而所谓的大气μ子穿透证据的最主要的缺陷在于他们忽略了接近地面的大气密度远高于大气边缘的密度，而宇宙射线只有极少一部分会因为地球引力而偏移到地磁极因而穿透大气的μ子应主要产生于接近地面的大气这一基本逻辑推理却假设所有穿透大气的μ子都是在大气边缘上产生的。

而上述这种解释的不对称性是狭义相对论应用中的一个基本特征，最典型的例子就是那个孪生子详谬。

当我们已知狭义相对论并没有如相对论学者所声称的那样得到实验证明后，再回过头来讨论狭义相对论建立的基础就不至于让科普工作者们过于激动了：狭义相对论的基础是根据要让麦克斯韦方程不随惯性坐标变换而改变形式的要求来得出洛伦兹变换方程，然后在这个基础上提出光速不变的假说；其间又加入了“看见了才算发生”的相对论时序原则【1】用以确立同时性的相对性。所以，狭义相对论的基础是作为简化麦克斯韦方程求解的数学工具的洛伦兹变换以及“看见了才算发生”的相对论哲学。这两者的共同特点是它们都既不具备实践的经验基础，也没有严格的逻辑依据。只能是彻头彻尾的假说（Posulate）而已。

那么广义相对论呢？

广义相对论最基本的出发点是爱因斯坦的那个电梯思想实验和与之相应的等效性原理。虽然也有人认为用电梯思想实验得出加速度与重力等效存在缺陷，但是至少这个等效性原理有着相当明确和严格的逻辑依据------这是狭义相对论根本不具备的。（狭义相对论的最为科普人士乐道的逻辑依据是爱因斯坦在孩童时期关于以光速奔跑会产生什么效果的遐想后来产生了狭义相对论）。而等效性原理所涉及的一个主要的假设，即惯性质量就是重力质量假设，是有着自牛顿之后的几个世纪的实践经验的基础的：除了在精密实验室中，日常生活中人们从来无法直接测量所谓的惯性质量，因此所谓的惯性质量一直都是用重力质量来代替的。因此，牛顿力学的可靠性本身就可以被看做是惯性质量就是重力质量假设的依据。

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虽然历史的幽默使得狭义相对论在先，广义相对论在后，而且由同一个人创立，在哲学上，它们两者之间存在着本质的不同：一个是有着长期的实践基础以及明确而严格的逻辑推理，而另一个则基本上是建立在空想之上。

当然，由于爱因斯坦在广义相对论的建立中多少用到了狭义相对论的理论，所以狭义相对论的错误对于广义相对论多少会产生一些负面影响，但那些负面影响都是非原则性的。就如那位被我说成是外星人的dialect YouTuber 指出的：广义相对论主要是关于引力而与相对论没什么关系。

狭义相对论和广义相对论在逻辑基础也就是哲学本质上的不同决定了狭义相对论是错误的而广义相对论是正确的。这个例子再次表明一个理论的生命力主要在于其建立时的根基而不是在理论应用过程中人们为之加注了多少数学公式和实验的形式。

哲学而不是数学或实验才是决定一个理论的基础的对与错的关键！