相對(duì)論以勢(shì)不可擋的姿態(tài)揭開(kāi)了這個(gè)荒誕世界的外衣，再次讓人類(lèi)意識(shí)到自身的無(wú)知和渺小。
談這個(gè)問(wèn)題前，先說(shuō)說(shuō)量子力學(xué)和相對(duì)論的區(qū)別：
第一，量子力學(xué)是一大堆科學(xué)家頭腦風(fēng)暴的產(chǎn)物，相對(duì)論則是愛(ài)因斯坦一個(gè)人拿下的。
第二，量子力學(xué)是積小流成江海，從普朗克°開(kāi)始一點(diǎn)一滴累積起來(lái)的，相對(duì)論，則是橫空出世，一蹴而就。
第三，量子力學(xué)無(wú)論多么荒誕，至少都是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象開(kāi)始的，為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果拼湊出各種理論公式，相對(duì)論則是由愛(ài)因斯坦憑空捏造，之后再根據(jù)理論去尋找實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
第四，量子力學(xué)收割了成堆的諾貝爾獎(jiǎng)，相對(duì)論自始至終都沒(méi)有獲獎(jiǎng)。
第五，量子力學(xué)早已廣泛應(yīng)用，這點(diǎn)很多人可能不知道，以為量子力學(xué)只是物理學(xué)家的游戲，其實(shí)現(xiàn)代科技取得如此輝煌的成就，多半都是量子力學(xué)的功勞，而相對(duì)論呢，除了用于計(jì)算校準(zhǔn)，完全沒(méi)有提供任何生產(chǎn)技術(shù)。
第六，量子力學(xué)應(yīng)用于微觀，電子、質(zhì)子等等，相對(duì)論應(yīng)用于宏觀，恒星、時(shí)間、空間這些。
第七，量子力學(xué)描述的世界是一段一段的、量子化的，相對(duì)論描述的世界則是連續(xù)的。
你說(shuō)說(shuō)，這種嚴(yán)絲合縫的巧合是不是有點(diǎn)過(guò)分了，讓人不免懷疑，這是不是上天在捉弄人類(lèi)。相對(duì)論和量子力學(xué)就好像商量好一般，如此矛盾，卻又都如此驚世駭俗，真是折磨了一代又一代的物理人！
物理學(xué)家天生有「大一統(tǒng)思想」，最好把宇宙間所有規(guī)律歸納成一個(gè)公式。為了撮合這兩個(gè)理論，人類(lèi)付出了無(wú)比艱辛的努力，這段可歌可泣的故事，咱們留著以后慢慢說(shuō)。
其實(shí)在經(jīng)典物理學(xué)時(shí)代，也是個(gè)大統(tǒng)一的故事，經(jīng)典物理經(jīng)歷了開(kāi)枝散葉的「牛頓時(shí)代后，又逐漸歸攏走向統(tǒng)一。
「大統(tǒng)一」路上的巔峰之作，非「麥克斯韋方程組」莫厲，至少排名人類(lèi)最偉大公式前三甲！
這事說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，原本「電」和「磁」是兩路人，但自從法拉第Q發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)后，大家都知道電和磁早就有一腿了，卻苦于沒(méi)有牽線搭橋的媒婆。正當(dāng)大家干著急時(shí)，麥克斯韋大筆一揮，從此電、磁成了一家人。
麥克斯韋方程組以無(wú)比優(yōu)美的形式，完整闡述了電和磁的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，堪稱(chēng)物理學(xué)難得見(jiàn)的白富美！既然是白富美，就免不了招蜂引蝶，其中就有我們今天的主角，愛(ài)因斯坦。
愛(ài)因斯坦一直對(duì)「光」情有獨(dú)鐘，光是一種電磁波，電磁波的事情歸麥克斯韋管，于是愛(ài)因斯坦就很癡迷地看著這組方程。這情景，神似楊過(guò)悟出黯然銷(xiāo)魂掌，愛(ài)因斯坦看著看著，豁然頓悟，提出了一個(gè)銷(xiāo)魂的假設(shè)：光速不變?cè)怼?/p>
光速不變?cè)硎鞘裁匆馑寄兀颗e個(gè)例子：你站在路邊不動(dòng)，我騎車(chē)速度10，妹子開(kāi)車(chē)速度50，那么妹子對(duì)你來(lái)說(shuō)速度是50，對(duì)我來(lái)說(shuō)速度是 40。
這個(gè)是我們正常的理解，對(duì)吧？
同樣的場(chǎng)景，把妹子換成「一束光」，那么應(yīng)該是：光對(duì)你來(lái)說(shuō)速度是三十萬(wàn)，對(duì)我來(lái)說(shuō)是 29萬(wàn)9990，對(duì)吧？愛(ài)因斯坦說(shuō)，你們太不了解「光」了，無(wú)論你們的速度是多少，她的速度永遠(yuǎn)都是三十萬(wàn)。
極端一點(diǎn)，你的速度是0，而我的速度是 29萬(wàn)9999，同一束「光」經(jīng)過(guò)我倆，這束光對(duì)你來(lái)說(shuō)速度是300000，對(duì)我來(lái)說(shuō)也是300000！
那這到底是一束光還是兩束光啊？當(dāng)然是一束光，只不過(guò)，這束光在不同的人看來(lái)，永遠(yuǎn)都是一樣的速度。相對(duì)論的起點(diǎn)就是來(lái)自這么一個(gè)無(wú)比荒誕的假設(shè)：光速不變?cè)恚?/p>
既然光速絕對(duì)不變，那應(yīng)該叫做 「絕對(duì)論」，干嘛叫「相對(duì)論」呢？
相對(duì)論這個(gè)概念是與「絕對(duì)時(shí)空觀」相對(duì)應(yīng)的，學(xué)術(shù)點(diǎn)說(shuō)，一切物理定律在所有慣性參照系中具有相同的數(shù)學(xué)形式，學(xué)名「相對(duì)性原理」，這是相對(duì)論的第二個(gè)假設(shè)，我知道你看不懂這句話的意思，別著急。
這個(gè)話題又有點(diǎn)哲學(xué)的味道了。
回到剛才的場(chǎng)景，我騎車(chē)的速度是 10，而你站在路邊不動(dòng)，假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)或者說(shuō)全宇宙只剩下你我，那么到底是誰(shuí)在動(dòng)？
在你看來(lái)是我在動(dòng)，在我看來(lái)是你在動(dòng)，為了搞清楚誰(shuí)在動(dòng)，就把這事說(shuō)成：我相對(duì)于你的速度是 10。這是高中物理的內(nèi)容，今天的人不難理解，不過(guò)在當(dāng)時(shí)「以太」學(xué)說(shuō)的背景下就不一樣了。
什么是「以太」？
又是亞里士多德這位老同學(xué)提出的概念：空間是以太組成的，只是我們看不見(jiàn)而已，靜止和運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)空間而言，也就是說(shuō)「我相對(duì)于空間的速度是10」，而不是「我相對(duì)于你的速度是 10」。這種觀點(diǎn)，再算上亙古不變的一維時(shí)間，稱(chēng)之為牛頓時(shí)代的「絕對(duì)時(shí)空觀」
這在當(dāng)時(shí)是很主流的一個(gè)假說(shuō)，著名的科學(xué)家邁克爾遜，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，絕對(duì)的大牛人，他就一直在找以太，結(jié)果找了8年，親手把以太理論給掐死了。
回到相對(duì)論
「光速不變?cè)怼梗赶鄬?duì)性原理」，好吧，那然后呢？憑這兩個(gè)就能顛覆世界了？沒(méi)錯(cuò)，有這兩樣?xùn)|西就夠了，大家注意，老司機(jī)愛(ài)因斯坦開(kāi)始飚車(chē)了！
假設(shè)老司機(jī)把車(chē)速飆到光速的 50%，然后，車(chē)廂天花板發(fā)出一束光，垂直照到地板上。對(duì)車(chē)廂內(nèi)的人來(lái)說(shuō)，車(chē)廂是沒(méi)有速度的，相當(dāng)于在一個(gè)靜止的車(chē)廂里，從上往下照一束光，那么結(jié)果很簡(jiǎn)單，這光就是直線照到地上而已。所以這束光走過(guò)的路程就是車(chē)廂的高度，花費(fèi)的時(shí)間：車(chē)廂高度/光速。
但對(duì)車(chē)廂外的人來(lái)說(shuō)，事情就有點(diǎn)麻煩了，光束是在移動(dòng)的車(chē)廂里從上往下照的，這個(gè)過(guò)程中車(chē)廂一直在移動(dòng)，所以光走的路徑是一條斜線。
就好像從車(chē)廂頂部打一顆子彈到地上，在車(chē)廂內(nèi)的人看起來(lái)，子彈是直線下落的，但在車(chē)廂外的人看來(lái)，子彈其實(shí)是斜著落地的，斜著跑當(dāng)然比直線跑的路程更遠(yuǎn)。
這在經(jīng)典物理學(xué)里面是沒(méi)啥問(wèn)題的。因?yàn)樽訌椀乃俣冗€得加上車(chē)廂移動(dòng)的速度，所以子彈的實(shí)際速度是增加了，即便路程增加了，最后算下來(lái)時(shí)間是一樣的。
但是，愛(ài)因斯坦說(shuō)了，光速是不變的，無(wú)論你車(chē)廂移動(dòng)速度是多少，光速始終還是那個(gè)光速，于是，事情就大條了，因?yàn)槁烦套兌嗔耍馑俨蛔儯@樣算下來(lái)時(shí)間也就得變多了！
同樣一件事，車(chē)廂內(nèi)的時(shí)間比車(chē)廂外的時(shí)間多，這說(shuō)法不好交代吧。
愛(ài)因斯坦說(shuō)，這有啥，光速是不變的，只能委屈時(shí)間了，沒(méi)錯(cuò)，車(chē)廂內(nèi)的時(shí)間膨肚了！
時(shí)間這東西看不見(jiàn)摸不著，愛(ài)因斯坦怎么說(shuō)都行。咱們換個(gè)例子。
老司機(jī)飚車(chē)的過(guò)程中，在車(chē)廂的中間位置，閃一下光，相當(dāng)于點(diǎn)亮一個(gè)電燈泡，對(duì)車(chē)廂內(nèi)的人來(lái)說(shuō)，車(chē)廂是靜止的，那么光線應(yīng)該是同時(shí)照亮前壁和后壁。但對(duì)車(chē)廂外的人來(lái)說(shuō)，車(chē)在前進(jìn)，而光速不變，所以光應(yīng)該先照亮后壁，然后再照亮前壁。這就不是時(shí)間膨脹不膨脹的問(wèn)題了。
如果前后壁分別有個(gè)接收器，那么這兩個(gè)接收器到底是同時(shí)接收到信號(hào)，還是一前一后接受到信號(hào)。
愛(ài)因斯坦說(shuō)，你們壓根不知道啥叫「同時(shí)」，如何判斷在兩個(gè)地方發(fā)生的兩個(gè)事件是否同時(shí)？當(dāng)這兩個(gè)事件發(fā)生的瞬間各自發(fā)出一個(gè)閃光信號(hào)，如果光同時(shí)到達(dá)這兩個(gè)地方的中間位置，那么就認(rèn)為這兩個(gè)事情是同時(shí)發(fā)生的，不然就是不同時(shí)的。所以車(chē)廂內(nèi)的人看是同時(shí)的，車(chē)廂外的人看是不同時(shí)的，「同時(shí)」也是相對(duì)的。
各位看明白沒(méi)？這「光」真是集愛(ài)因斯坦萬(wàn)千寵愛(ài)于一身，連時(shí)間都要按照光的腳步走。
再舉個(gè)例子，假設(shè)太陽(yáng)突然消失了，8分鐘后，地球就會(huì)知道，那地球人有沒(méi)有可能在太陽(yáng)消失的一瞬間就知道？愛(ài)因斯坦說(shuō)，完全不可能，太陽(yáng)消失后，地球依然可以感受到陽(yáng)光，感受到太陽(yáng)的引力，無(wú)論用什么方法都無(wú)法在8分鐘內(nèi)得知太陽(yáng)消失了。
就算你在太陽(yáng)上找個(gè)人給你打電話，無(wú)線電信號(hào)也得經(jīng)過(guò)8分鐘才能飛到地球。那么問(wèn)題來(lái)了，對(duì)于地球人而言，太陽(yáng)到底是在8分鐘前消失的，還是現(xiàn)在消失的？
好吧，我承認(rèn)已經(jīng)有點(diǎn)糊涂了，索性再把問(wèn)題攪亂些。車(chē)廂內(nèi)的人怎么測(cè)量車(chē)廂長(zhǎng)度呢？
這個(gè)很簡(jiǎn)單，拿個(gè)刻度尺直接量就行了。但是對(duì)車(chē)廂外的人來(lái)說(shuō)就比較麻煩了，因?yàn)檐?chē)廂是在運(yùn)動(dòng)的。但是你拿的刻度尺是靜止的。
你必須在同一時(shí)間記下車(chē)頭和車(chē)尾的刻度尺讀數(shù)。如果按照愛(ài)因斯坦定義的那個(gè)同時(shí)，那么你量下來(lái)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂比靜止的車(chē)廂要短，這個(gè)結(jié)論會(huì)不會(huì)有點(diǎn)扯？
愛(ài)因斯坦說(shuō)，在「光」面前，時(shí)間都能委屈，長(zhǎng)度算什么！物體沿著運(yùn)動(dòng)方向的長(zhǎng)度會(huì)收縮，這叫「長(zhǎng)度收縮效應(yīng)」，簡(jiǎn)稱(chēng)「尺縮效應(yīng)」，得了，那質(zhì)量多半也節(jié)操難保了。
沒(méi)錯(cuò)，因?yàn)闀r(shí)間和速度相關(guān)，速度和動(dòng)能相關(guān)，動(dòng)能和質(zhì)量相關(guān)，這樣推導(dǎo)下來(lái)，質(zhì)量也就不是原來(lái)的質(zhì)量了。愛(ài)因斯坦說(shuō)：質(zhì)量會(huì)隨著速度增加而增加，然后結(jié)合動(dòng)量和動(dòng)能公式，就得到了大名鼎鼎的質(zhì)能方程：E=MC 的平方。
雖然愛(ài)因斯坦把時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量都攪得一塌糊涂，但本質(zhì)上，無(wú)非就是運(yùn)動(dòng)參照系和靜止參照系之間的公式轉(zhuǎn)化而已。數(shù)學(xué)好的同學(xué)開(kāi)始得瑟了，時(shí)間膨脹、長(zhǎng)度縮短、質(zhì)量增加，都可以按照「洛倫茲變換」推導(dǎo)：
去看看這些公式，你就明白為什么愛(ài)因斯坦不喜歡超光速了，按照上面的公式，一旦物體到達(dá)了光速，時(shí)間變得無(wú)窮慢、長(zhǎng)度變得無(wú)窮小、質(zhì)量變得無(wú)窮大，這種扯蛋程度終于連愛(ài)因斯坦自己都不能接受了。
大家注意到?jīng)]有，剛剛說(shuō)的那些假設(shè)都是在勻速和靜止的前提下討論的，這種場(chǎng)景只適用于理想情況，應(yīng)用場(chǎng)景比較狹隘，所以叫「狹義相對(duì)論」。
實(shí)際情況，往往還需要在系統(tǒng)中加上引力或者加速度什么的，應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛，顧名思義，這就是「廣義相對(duì)論」。
廣義相對(duì)論不僅內(nèi)容奇葩，而且數(shù)學(xué)無(wú)比復(fù)雜，愛(ài)因斯坦不得不求助數(shù)學(xué)家格羅斯曼，共同完成論文《廣義相對(duì)論綱要和引力論》。這篇偉大的論文，除了數(shù)學(xué)系和物理系的同學(xué)，其他同學(xué)還是別看了，以免辣眼睛！
英國(guó)科學(xué)家愛(ài)丁頓是忠實(shí)的愛(ài)因斯坦粉絲，也是第一個(gè)向英語(yǔ)世界介紹廣義相對(duì)論的人。
有一天，有人問(wèn)愛(ài)丁頓：「尊敬的教授，聽(tīng)說(shuō)世界上只有三個(gè)人懂得相對(duì)論，是這樣嗎？」愛(ài)丁頓路加思索后回答：「您也許說(shuō)得不錯(cuò)，不過(guò)，我在想第三個(gè)人是誰(shuí)呢？」
這個(gè)小故事最終演變成了我們現(xiàn)在經(jīng)常聽(tīng)到的一句流言：世界上只有三個(gè)人懂得相對(duì)論。這個(gè)當(dāng)然是過(guò)于夸張了，不過(guò)廣義相對(duì)論確實(shí)比量子力學(xué)要麻煩。
玻爾說(shuō)量子力學(xué)第一次學(xué)不會(huì)，那反過(guò)來(lái)說(shuō)，多學(xué)幾次還是有希望的。至于廣義相對(duì)論，我們普通人還是趁早放奔治療吧，只能生搬硬套，能囫圇吞棗就不錯(cuò)了。
下面就是生搬硬套的廣義相對(duì)論：
老司機(jī)狠踩油門(mén)，車(chē)子加速前進(jìn)，注意是正在加速中。一束光從車(chē)頂照到地板，光速是不變的，而車(chē)子速度越來(lái)越快，就好像水流往下流，車(chē)子在加速，那么水流應(yīng)該是彎曲的，也就是說(shuō)，光走過(guò)的路程應(yīng)該是彎曲的。
愛(ài)因斯坦說(shuō)，光速不能變，只能委屈空間了，是空間彎曲了！這也太耍賴(lài)了，明明是你自己彎了，非說(shuō)是空間彎了！
愛(ài)因斯坦接著說(shuō)，「引力」和「加速度」是等效的，所以引力也會(huì)引起空間彎曲。接著展開(kāi)一下想象，如果引力足夠大，空間足夠彎曲，像折紙一樣，把遠(yuǎn)端的兩個(gè)點(diǎn)，彎曲重疊在一起會(huì)發(fā)生什么？
沒(méi)錯(cuò)，蟲(chóng)洞的概念有了！開(kāi)個(gè)蟲(chóng)洞撕裂空間，就可以從這個(gè)點(diǎn)直接到另一個(gè)點(diǎn)，夢(mèng)幻般的空間跳躍就是這么來(lái)的！
目前為止，你還可以認(rèn)為這一切都是胡攪蠻纏，大罵愛(ài)因斯坦是嘩眾取寵的神棍！
此時(shí)的相對(duì)論，就像是埋設(shè)在物理學(xué)大廈里的炸藥，就差一個(gè)導(dǎo)火線。然而，很快人們就找到了無(wú)數(shù)導(dǎo)火線，引爆了這座數(shù)百年的經(jīng)典大廈。
1911 年愛(ài)因斯坦發(fā)表《引力對(duì)光傳播的影響》，由于太陽(yáng)的引力和質(zhì)量會(huì)使周邊空間產(chǎn)生彎曲，使得光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)也會(huì)彎曲，這一現(xiàn)象可在日全食進(jìn)行觀測(cè)。
忠實(shí)粉絲愛(ài)丁頓忽悠英國(guó)政府資助了這次荒唐的測(cè)試，最終，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示恒星位置確實(shí)發(fā)生了偏移，符合相對(duì)論的計(jì)算結(jié)果，愛(ài)丁頓感慨道：這個(gè)小小的移動(dòng)，改變了世界。
于是，愛(ài)因斯坦一夜爆紅，卓別林有句俏皮話，恰如其分的概括了當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景：「人們?yōu)槲覛g呼，是因?yàn)樗麄兌业乃囆g(shù)，人們?yōu)閻?ài)因斯坦歡呼，是因?yàn)闆](méi)人懂他的理論。
困擾了天文學(xué)多年的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)問(wèn)題也得到了圓滿(mǎn)解釋。水星運(yùn)行到近日點(diǎn)時(shí)有些多余的進(jìn)動(dòng)（我們普通人可以理解為，水星靠近太陽(yáng)時(shí)，會(huì)有一些莫名其妙的抖動(dòng)），多余進(jìn)動(dòng)值為每百年 43 角秒，當(dāng)時(shí)沒(méi)人能解釋。
愛(ài)因斯坦計(jì)算了太陽(yáng)對(duì)空間的彎曲曲率正是每百年43 角秒，完全吻合，也就是說(shuō)這多余的進(jìn)動(dòng)是空間彎曲造成的。后來(lái)測(cè)到的金星數(shù)據(jù)也相符相對(duì)論。
為了驗(yàn)證引力和速度對(duì)時(shí)間的影響，不斷有科學(xué)家把原子鐘送到外太空，由引力產(chǎn)生的時(shí)間偏差也完全符合相對(duì)論的計(jì)算。
所有的實(shí)驗(yàn)都證明相對(duì)論是靠譜的，絕對(duì)不是一個(gè)瘋子幻想的產(chǎn)物。
相對(duì)論以勢(shì)不可擋的姿態(tài)揭開(kāi)了這個(gè)荒誕世界的外衣，再次讓人類(lèi)意識(shí)到自身的無(wú)知和渺小。
我得再次膜拜一下愛(ài)因斯坦！要知道，當(dāng)時(shí)的人們已經(jīng)沉浸在量子力學(xué)帶來(lái)的巨大震撼中：東西都是一段一段的、位置也是隨機(jī)的，而相對(duì)論的空間描述是連續(xù)的、是可精確計(jì)算的、是與量子力學(xué)完全矛盾的，這簡(jiǎn)直是逆天下大勢(shì)！
任誰(shuí)也沒(méi)想到，上天竟會(huì)同時(shí)送給人類(lèi)兩件截然不同的禮物！更難能可貴的是，愛(ài)因斯坦既是量子力學(xué)的奠基人之一，也是相對(duì)論的開(kāi)創(chuàng)者，這一手「左右互搏」的功夫，不敢說(shuō)「后無(wú)來(lái)者」，至少是「前無(wú)古人」了。
因此愛(ài)因斯坦在物理學(xué)史上的座次僅次于開(kāi)天辟地的牛頓，排行第二。
不過(guò)，相對(duì)論的應(yīng)用少之又少，僅僅只是用來(lái)校準(zhǔn)各種觀察數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)設(shè)備，比如 GPS 精度校準(zhǔn)，高能粒子質(zhì)量和壽命的變化，或是預(yù)言一下引力波的存在，等等。
回頭再看這個(gè)爛攤子，愛(ài)因斯坦飆完車(chē)，就拍拍屁股走人了，但對(duì)于這個(gè)理論的起點(diǎn)：光速不變?cè)恚呀?jīng)弄瘋了無(wú)數(shù)的物理學(xué)家。
相對(duì)論和量子力學(xué)把科技樹(shù)主干硬生生掰成了兩個(gè)方向，但物理學(xué)家固執(zhí)地認(rèn)為事物的本源最終都是相通的，這一百年來(lái)，所有人夢(mèng)寐以求的就是統(tǒng)一這兩大理論，但無(wú)一不是折戟沉沙！
盡管前路漫漫，可大家仍樂(lè)此不疲地奔波在大統(tǒng)一的路上，最近幾年非常熱門(mén)的「超弦理論」和大型對(duì)撞機(jī)，就是人類(lèi)對(duì)大統(tǒng)一事業(yè)的再一次沖鋒。
