狭义相对论是由爱因斯坦提出的吗（狭义相对论的前世今生）

还是老规矩，从头来说吧。

如果说牛顿爵爷是神的话，那么伽利略就是爵爷封神之路上的引路人。

伽利略的成就一大堆，什么“两个铁球同时落地”（存疑）了，自己造望远镜发现木星卫星了，看见太阳黑子了，和哥白尼一起推翻地心说了，不过他最伟大的成就还是“相对性原理”，这基本上就是牛顿力学的基础，他要是数学再出色点，捣鼓出微积分什么的，基本上就没有爵爷什么事儿了。

来看看伽利略说的“相对性原理”是什么吧。

相对论原理听起来很高深，其实在日常生活中大家都经常用到伽利略的相对性原理，说一道小学数学题吧。

水流速度10公里每小时，船的速度是15公里每小时，已知甲地和乙地相距100公里，那么顺流而下，需要多长时间？

很简单吧，我早就说了这个是小学问题，答案就是100÷（10＋15）＝4小时，那么括号里的（15＋10）就是伽利略的相对性原理，就是速度叠加。

要是从乙地到甲地呢，那就是20小时了，因为船的速度就是（15-10）=5公里每小时了。

再复杂一点吧，现在甲地和乙地都在河岸的一边，要是不走那么远，就到河对岸呢，那么速度该怎么算呢？这就要用到中学知识了，就是平行四边形法则。

这就是伽利略变换，是不是觉得很牛呀，不过更牛的在后面呢。牛顿爵爷用物理定律表示了一下，就是“物体在不受到外力的情况下，会保持匀速直线运动或者静止状态”，这就是牛顿第一定律。牛顿第一定律说的就是惯性系，就是匀速直线运动的系统，可以说相对性原理了。

简单来说，相对性原理就是物理定律在所有惯性系中都一样，要是不一样呢，就用伽利略变换变换一下就可以了。

不过话说回来了，船在相对于河流运动，河流在相对于地球运动，地球相对于太阳在运动，太阳在相对于银河系的核心运动，银河系在相对于……，我不知道了，反正也在相对于某个核心运动，这样一直推下去，大家最后都相对于谁来运动呀，牛顿说，我觉得是绝对空间。

绝对空间是什么呀，爵爷还做了个实验，就是水桶实验。

“水桶实验”是牛顿在他的开山之作《自然哲学的数学原理》中记载的第一个实验，大意是：“如果用长绳吊一水桶，让它旋转至绳扭紧，然后将水注入，水与桶都暂处于静止之中。再以另一力突然使桶沿反方向旋转，当绳子完全放松时，桶的运动还会维持一段时间；水的表面起初是平的，和桶开始旋转时一样。但是后来，当桶逐渐把运动传递给水，使水也开始旋转。于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状。运动越快，水升得越高。直到最后，水与桶的转速一致，水面即呈相对静止。”

水桶实验非同小可，直接引出了牛顿力学最重要的概念—绝对空间。依据实验，水面只有在和水桶相对静止时（都不转或者一起同步旋转）才是平的，其他时候都是弯曲的，这就说明水的运动倾向不依赖于水相对周围事物的相对运动，而是取决于某个绝对参考系，亦即牛顿所说的绝对空间。

还是觉得有点玄乎吧，那咱们就请出大刘来给大家解释一下什么是绝对空间。

他没有像老人想像的那样化作一道白光离去，而是沿一条斜线急速向上升去。几秒钟后，他就消失在群星灿烂的夜空之中。他上升的速度很恒定，没有加速过程。很明显，不是他在上升，而是地球在移动，他是绝对静止的，至少在这个时空中是绝对静止的。老人猜测，他可能使自己处于一个绝对时空坐标的原点，他站在时间长河的河岸上，看着时间急流滚滚而过，愿意的话，他可以走到上下游的任何一处。

这是大刘的《信使》中的最后一段，老人就是爱因斯坦，“他”是从未来探望爱因斯坦的，这个“他”就是绝对静止的，可以看出来，“他”几乎就是神了，所以说爵爷说的绝对空间也就是上帝的居所。

牛顿就是依照绝对空间的概念再加上相对性原理推导出整个经典力学，从一个日常现象建立起整个物理学大厦，不得不慨叹爵爷果然是天神下凡。

慨叹完爵爷的伟大后，我们同时也了解到要想推翻爵爷，只要推翻相对性原理或者绝对空间就可以了，可话说出来容易，做起来就有点难了。

麦克斯韦的疑惑

法拉第终于等来了麦克斯韦，这个年轻人可以把他的思想转化成物理学定律，这就是麦克斯韦方程。

见到了麦克斯韦方程组（顺便说一句，这个可不是麦克斯韦的原创，麦克斯韦当初列了二十个方程，赫兹给减少到了八个，现在我们看到的是奥利弗·赫维赛德和约西亚·吉布斯改写而成的），法拉第心满意足地驾鹤西游去了，可是麦克斯韦的烦恼却来了，因为他发现光速不变。

一般计算速度都是用距离除以时间，就是v=s/t，可麦克斯韦计算光速的方式不同，居然是

c自然就是光速，μ0就是真空磁导率，ε0是真空介电常数，反正这两个是常数，和惯性系无关，就是不管是在船上还是火车上，不管是面对光奔跑还是背离光远去，光速都不会变，因为和伽利略变换没有关系，根本就不玩什么速度加减，不管在哪都是由真空磁导率和真空介电常数决定，这一下麻烦可大了。

要不就是相对性原理不对，因为光速不符合伽利略变换呀，要么就是光速不变不对，二者只能选一个，选谁好呢？

孩子才做选择，成年人当然是两个都要。

以太阴影

爱神提出狭义相对论之前，物理界的最新的显学是 什么？是力学，还是热力学，还是电磁学？都不是，力学已经在爵爷的手中圆满了，热力学也虽然争论不断，但大体上也已经自洽了，电磁学呢？法拉第的思想麦克斯韦的理论赫兹的实验也已经让电磁学完备了。

但是还缺少一门将这些学科综合在一起的学问，这就是以太学。

说起以太来，大家都很清楚，关于以太的历史就不说了，当时科学界的一堆光学大佬支持，比如惠更斯托马斯杨菲涅尔等等，他们认为光是一种波，既然是波肯定得靠介质传播呀，就连麦克斯韦也支持，光波就是电磁波呀，电磁波不还是波嘛。

不止是科学界认为有，就连诗人也来凑热闹，普希金曾经说过“静夜的和风，象以太一样流动”，诗人果然是最敏感的，普希金对以太的描述可谓恰如其分，想一想静夜的风吧，那种似有似无的感觉就是人们对以太的认识。

但是他们对以太的认知却有些自相矛盾，一方面以太静止不动，另一方面还要有以太漩涡，一方面要求以太有极大弹性，另一方面还要有极大刚性，所以以太在各位大神眼中就成了一种不可能存在的神秘物质。

既然有，那咱就做实验找一找吧，于是就有了迈克尔逊莫雷实验，这就是物理学家高明的地方，也是科学的一条铁律，扯不清楚咱就做实验，一切都要实验说了算，不象那群死傲娇的数学家，宁肯决斗也不做实验，他们也没有什么实验可做，是吧？

实验结果就是“零结果”，这可捅了马蜂窝了，这也就成了“两朵乌云”中的一朵。

不过这还碍不着爵爷什么事呢，爵爷确实没说过有以太，可是他说过绝对空间呀，上帝就在那住着呢，绝对空间是什么呀，爵爷说反正就有，这不是不讲理呀，这无所谓了，爵爷不讲理又不是一次了，大不了就把上帝推出来呗，这就惹恼了马赫。

要是说爵爷是神的话，马赫就是弑神者，要是说爱因斯坦是魔鬼的话，马赫就是魔鬼引路人，爵爷说运动都是相当于绝对时空的运动，可马赫说呵呵，实验观察不到就是不存在，有本事你把他找出来。

对于爵爷的“水桶实验”，马赫的解释是水的运动倾向不是取决于绝对空间，而是遥远的星空，看起来没有多大区别吧，可是区别大了，因为遥远星空是可以观测的，对于马赫这样的实证主义大师来说，不能观测的就不存在，所以绝对空间根本就不存在。

洛伦兹拾起来了爵爷的这个概念，虽然他没有明说，不过他把以太当做了一个静止系，基本上就是爵爷的绝对空间了，这还不算，脑洞谁不会开呀，就跟骂人是王八蛋一样，这谁不会呀，嘴长在自己身上，想骂谁就骂谁，至于人家是不是王八蛋，那可就仁者见仁智者见智了，可李敖不一样，说谁是王八蛋，还能证明谁就是王八蛋，这才叫狼灭呢，洛伦兹也是这样的狼灭。

他证明自己脑洞的方法就是洛伦兹变换，在洛伦兹看来观察者相对于以太以一定速度运动时，以太（即空间介质）长度在运动方向上发生收缩，抵消了不同方向上的光速差异，这就是尺缩钟慢效应，也就是说零结果并不代表以太不存在，而是空间收缩了，这一下就解决了问题。

可是洛伦兹的方法还触动了另一条科学铁律，那就是奥卡姆剃刀原则，就是“如无必要勿增实体”，说人话就是用科学要尽量简单。

洛伦兹变换恰恰违反了奥卡姆剃刀原则，把世界变得更加复杂了，这就给了爱因斯坦机会。

魔鬼出世

爱因斯坦那时候还不叫爱神，还是个没钱结婚的打工人，不过你没钱结婚你生什么孩子呀，所以说爱神最迫切的事情是找工作，找到工作后就可以安稳下来，就可以思考了。

1905年，在洛伦兹提出洛伦兹变换后一年，在迈克尔逊—莫雷实验得出零结果后18年，在马赫完成《力学史评》后22年，在麦克斯韦去世后26年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》这一划时代的论文。

爱神一直说自己受到别人的影响很小，想想也有可能，我们一个打工人谁没事订阅国际顶级期刊呀，可是爱神晚年却说：“您（迈克尔逊）揭示了当时存在的光以太理论中的一个包蔽着的缺陷，它启发了洛伦兹和斐兹杰惹的思想，狭义相对论正是从这些思想中发展起来的。”

1928年，洛伦兹去世，爱因斯坦在洛伦兹墓前致词说：洛伦兹的成就“对我产生了最伟大的影响”，他是“我们时代最伟大、最高尚的人”。

这要么当初是爱神没有说实话，要么就是后来情商见长，不管怎么说，爱神确实彻底解决了这个问题。

首先爱神认为相对性原理继续有效，以前只是在力学领域有效，现在对电磁学领域照样有效，应该说是扩大了相对性原理的范围，其次光速不变，而且是最高速度。

看一下爱神的想法。

在一列匀速行驶的火车上，点燃一盏灯，在和灯距离相同的地方有两个人，对于这两个人来说，是同时看到灯亮的，但是对于在火车下面的人来说， 可就不是了，对于车下的 人来看来，光走了不同的距离，对于在火车前方的人来说光走的距离是车上的距离加上火车前进的距离，对于在火车后方的人来说光走的距离是车上的距离减去火车前进的距离，那么就应该是火车前面的人先看到灯光。

这样一来，同一件事情在不同的人看来却有不同的结果，这肯定是有问题的，爱神说这是不可能的，他们应该都同时看到，那么问题出在哪呢？就出在伽利略变换上，伽利略变换只是一个近似的变换，应该采用洛伦兹变换，洛伦兹变换意味着什么？当然就是钟慢尺缩了，这就是说，在火车前进方向上长度收缩了，当然会同时看到灯光。

爱神并没有用什么绝对空间的概念也没有用以太就解决了这个问题，当然要比洛伦兹高明了许多，这就是狭义相对论。如果洛伦兹放弃了以太的概念，很可能就比爱因斯坦更早创建狭义相对论。

拖过洛伦兹变换还可以推导出质量和速度的关系，既然相对性原理有效，那么动量定理当然还有效，就动量定理再结合洛伦兹变换就有了质量和速度的关系，就是随着速度的增加质量会变大，这一点很有趣，有趣到说不清楚的地步。

当初爵爷的第二定律可不是F=ma，这是马赫后来整理的，可是马赫画蛇添足了，爵爷原来的第二定律是F=dp/dt，其实就是冲量定理，关键就在这个p上，p=mv，这样算的话，第二定律就成了F=d(mv)/dt，本来马赫认为质量是不随速度变化的，就把常数m划出去了，要是m变化呢，这不就是相对论吗？所以说爵爷和马赫到底谁对谁错还说不清楚了。

依照第二定律继续推导下去，根据相对性原理，动能定理继续成立，那么就能得到质能方程。

不满足的爱神

看到没有？现在相对论还是在说惯性系，可是生活不止眼前的苟且呀，还是有加速度的，要是有了加速度怎么办呢，这就是广义相对论，之后的文章会详细解读。

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