光速是什麼？可以吃嗎？當初愛因斯坦大哥告訴我達到光速後，質量會變得無限大。不置可否的我這樣想到，一隻螞蟻。跑到光速的時候，它是否會變成大象那麼重？光速大概是我們所知道的最大速度了吧，不知從什麼地方聽到光子和反物質這種東西。不知所云的我只能用正負電子來代替，假裝他們能達到光速吧。

巨大的工，代表著巨大的能量，當能量達到空間的飽和點，或許會帶你進入反物質空間也有可能。

愛因斯坦是如何創立狹義和廣義相對論的

——靈遁者

其實這一章，我自己認為沒有必要寫，因為愛氏關於狹義相對論和廣義相對論的知識，隨便網上一搜，就鋪天蓋地了。而且就內容的權威和全面性，肯定比我寫的好。

其實我想說，我也寫不出來難的東西，難的東西我也不會。就介紹而言，保持“愛氏相對論”原來的樣子，原汁原味比通俗易懂更重要，畢竟這是科普介紹，不是在這個理論之上，所做的啟發性猜想，這是兩個概念。

不過沒有介紹這兩個理論，確實是我的遺憾。不能我認為網上有，就不需要介紹。還是要介紹的，這點感謝書友的建議。

楊振寧給了肯定的回答，並且這樣說道：“愛因斯坦是了不起的物理學家。因為他不止是在一件事情上做了革命性的發展，可以說20世紀最重要的三個大革命，其中兩個半是他所促成的，他對於物理學的發展，可以和牛頓媲美。沒有第三個人能和他們兩個人比。”

楊先生所說的“兩個半貢獻”應該就是指狹義相對論，廣義相對論，另外半個是指愛氏對於量子力學的貢獻，具體應該是指光電效應，光量子理論。

再來給大家說一個故事，就是愛因斯坦在我看來，是一個很有個性的人。你們知道他寫一篇物理文章是什麼時候嗎？是16歲，16歲的我們，大多數上的高中。

16歲的時候，他寫出第一篇物理論文《磁場裡以太的狀態的研究》。看標題就知道是關於什麼內容了。不過我們都知道，隨後愛氏放棄的以太存在的觀點，才創立了相對論。

所以各位，一開始，觀點都不一定正確，連偉大的愛因斯坦都是這樣過來的。

關於愛氏兩度放棄德國國籍的事情，也讓我深深震動。人都是畏懼環境，尤其是在大的浪潮環境下更是這樣的。

9月，愛因斯坦參與發起反戰團體“新祖國同盟”，在這個組織被宣佈為非法、成員大批遭受逮捕和迫害而轉入地下的情況下，愛因斯坦仍堅決參加這個組織的秘密活動。

10月，德國的科學界和文化界在軍國主義分子的操縱和煽動下，發表了“文明世界的宣言”，為德國發動的侵略戰爭辯護，鼓吹德國高於一切，全世界都應該接受“真正德國精神”。

在“宣言”上簽名的有九十三人，都是當時德國有聲望的科學家、藝術家和牧師等。就連能斯脫、倫琴、奧斯特瓦爾德、普朗克等都在上面簽了字。當徵求愛因斯坦簽名時，他斷然拒絕了，而同時他卻毅然在反戰的《告歐洲人書》上籤上自己的名字。

當祖國錯了的時候，他能理性愛國；當別人服從的時候，他能堅持自己。偉人的人，不僅有偉大的貢獻，更是有偉大的人格。愛因斯坦之所以名滿世界，大概就源於此吧。

關於愛氏的故事，還有很多，大家可以自己找找。回到我們的主題，來介紹一下狹義相對論和廣義相對論。而且我儘可能講一些你們在網路上沒有看到過的，你們在平日裡，沒有思考到的。我覺得這才是你們要的，也是我要給你的。

在開始的時候，我就要說明這兩個理論的基礎。然後你們再跟著這些基礎來理解愛氏的理論。

1、狹義相對論是建立在狹義相對性原理和光速不變原理之上。那什麼是狹義相對性原理，什麼是光速不變？

狹義相對性原理：一切物理定律（力學定律、電磁學定律以及其他相互作用的動力學定律）在所有慣性參考系中都是等價（平權）的，沒有一個慣性系具有優越地位，不存在絕對靜止的參考系（以太），從而否定了“以太說”和絕對空間。

值得一提的是，這個原理其實是伽利略相對性原理的推廣，也就是說伽利略是第一個思考慣性中物體運動的變化的人。這個我在《變化》裡最初的幾章內容中著重講過。非常重要的理論概念！

可以說不理解慣性，慣性系，非慣性系的情況下，你要深刻理解相對論，是做不到的。

我也因為考慮了慣性，慣性系和引力，引力場的關係後，得出引力是慣性的源泉。

光速不變原理：真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。

2、廣義相對論建立在廣義相對性原理和等效原理之上的。那什麼是廣義相對性原理？什麼是等效原理？

廣義相對性原理：所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式。

很明顯，廣義相對性原理是狹義相對性原理的拓展。

等效原理：慣性力場與引力場的動力學效應是區域性不可分辨的。

在這裡我強調兩個點：

1、廣義相對論不光是建立在廣義相對性原理和等效原理之上，還是建立在狹義相對論之上的理論。也就是說上面提到的“四個原理”，都必須滿足，廣義相對論才成立。如果狹義相對論被證明是錯誤的，那麼廣義相對論也是。

2、關於光速不變原理的理解。注意再看一遍：光速不變原理是指真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。

這個問題的嚴峻性，就好比我問你：現在的光速值被認定為299,792,458 米每秒。假如100年後，光速值的測量，變為299792458.001米每秒，那麼你會說愛氏的相對論是錯誤的嗎？

我現在再問你一遍，是對的，還是錯的？思考一分鐘，再往下看吧。

很顯然就原理所述而言，沒有一點毛病，即使100年後光速測量變為299792458.001的時候，愛氏的相對論依然是正確的。因為對於任何觀測者而言，光速都是這個值，光速是不變的。

那麼為什麼說超光速下，愛氏的理論是錯誤的？ 再思考一分鐘，你再往下看。

其實準確的理解應該是深刻的，而不是數字上的。在超光速下，光速自然不是不變的，也就是對於不同的觀測者光速不同。光速不變性原理不存在，愛氏理論自然就不攻自破了。

那麼我再來升級一下問題，100年後所測的光速值，比現在光速快10米每秒，此時愛氏的理論正確嗎？

你不用思考一分鐘了，直接回答吧。答案是：愛氏的理論依然正確。

如果你看了我《變化》中關於光速，空間，物質的概述，沒有領會到這一點，你白看了。

而且上面也說了，不要追求數字上的理解，去追求本質上的理解。100年後，光速值比現在增加10米，如果是對所有觀測者而言的，那麼理論依然就是正確的！

好了，你有問題要提問嗎？ 提問給你5分鐘時間，你來提問。而且你必須提問。沒有問題，你就沒有看清楚我上面所說的事情。

好吧，沒有時間等你了。但肯定有聰明的朋友會問：“你說了什麼啊！上面說光速不變，現在說100年後光速值比現在每秒快10米，你不自打臉嗎？趕緊回家，別丟人了！這麼弱智的問題，你都想不到！”

各位，這位同學說的話粗糙了點，但理確實不粗糙，很細。哈哈，我有種想笑的感覺，突然覺得之前寫的好多篇章，還是太嚴肅了。課堂氣氛不行。

現在該怎麼回答這個同學的提問，你能替我回答一下嗎？所以再返回來，再看一遍光速不變原理：光速不變原理是指真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。

哈哈，這已經是第三次讓大家看這個概念了。你現在應該終於體會到我為什麼想笑了。就一個寫的明明白白的原理，怎麼理解起來，那麼費勁呢！

好了，看看關鍵詞吧：真空中，光速，任何觀測者，相同。我列出了我認為是關鍵詞的四個詞。

在你要分析我給你列出的這四個關鍵詞時，我要告訴你分析它們能讓你開始懷疑人生。別問我怎麼知道的，我就懷疑過！

1、真空中，這是環境要求，條件。這裡面也包含一個定理，估計包括我在內的所有人都贊同。那就是“真空不空。”至於怎麼個不空法，在這篇文章中就沒法細說了，篇幅有限。但大概就是退相干性理論，時空微擾理論。這個我在《見微知著》中後面的一些篇幅中談論過。

2、光速。就兩個字，包含很多。光速是一個數值，表述的時候，我們會說每秒多少米。發現問題沒？也就是影響光速的定義裡，必然包含米的定義，秒的定義。其實在1983年之前，光速的測定值都是不嚴格確定的。

為了讓大家知道這個事情，還是讀讀下面文字：20世紀下半葉，光速的測量準確度隨著諧振腔和鐳射干涉儀的發展而不斷地提升。另一方面，更精確的米和秒的定義也陸續被認可。

1950年，路易斯·艾森用諧振腔所得出的光速值為299,792.5±1 km/h。這在1957年的第12屆無線電學聯合會大會上得到採納。1960年，米被重新定義，基礎是氪-86的某個譜線的波長。1967年，秒也被重新定義，基礎是銫-133基態的超精細躍遷頻率。

1972年，位於美國科羅拉多州波德的國家標準技術研究所利用鐳射干涉法測定光速，得出c = 299,792,456.2±1.1 m/s，其精度比之前的測量高100倍。剩餘的不確定性主要來自米定義上的不確定性。

由於類似的實驗也得出相近的光速值，所以1975年的第15屆國際計量大會建議把299,792,458 m/s作為光速的數值。

1983年的第17屆國際計量大會結果發現，透過測量頻率並固定某一特定光速值所得出的波長比此前的長度單位定義更具有可重複性。大會保留了1967年的秒定義，使銫的超精細頻率成為秒和米兩個單位的定義基礎。米的定義改為：“1⁄299,792,458秒內光在真空中所執行的距離。”

在這一定義下，光速的準確值就會固定在299,792,458 m/s，光速也成了國際單位制所定義的常數之一。

在重新定義之前，更準確的測量會使光速值變得更為精確；但在1983年以後，對氪-86以及其他光源的更準確測量不會再改變現有的光速值，而是會增加米單位的精確度。

好了，這個簡單內容，對於很多人而言，是枯燥的。但大概意思大家應該懂了。就是說光速的定義不是那麼簡單的，也牽涉到米和秒的定義。

3、任何觀測者。就是指任何客觀存在的人和物。

4、相同。這個概念不解釋，也無法解釋。解釋起來，也夠讓我懷疑人生！

好了，這就是關於光速不變原理四個關鍵詞的分析。你有問題嗎？

算了，我直接問吧。這四個關鍵詞重要嗎？肯定重要，但最重要的問題是光速的本質是什麼？本質是什麼！

我在《變化》中回答過這個問題。在這裡不分析，直接說思路。光速的本質：光速【真空】是一種時空束縛態，光速為定值是時空使然。也就是時空告訴物質如何運動，這種運動就包含了以多大速度運動。光是物質，自然就遵從時空規律。

更具體的的來說是真空磁導率和介電常數，引力場共同決定了光的速度。

可是我為什麼要說100年後如果光速測量值，比現在增加了10米，相對論依然是正確的。

其實說100年增加10米，有點誇大，但不是不妥。10米和1米，0.1米，在這裡的性質是一樣的。

那我再問你，10米和一百萬億分之一1米在這裡的性質一樣嗎？各位是不一樣的。現在給出的光速定值299,792,458 m/s，一定是確定的嗎？沒有一百萬億分之1米的差嗎？ 也就是我說現在的光速值是299,792,458.0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001.對嗎？肯定是對的，沒有人敢否定這個誤差，即使現在國際協議規定它是定值。

各位我在說什麼？我再給你們說性質問題！可是增加了1米，變成299,792,459，那麼誰都敢說，你這個和原來的不一樣。

所以問題就清楚了，我要解釋為什麼100年後光速變成了299,792,459，增加了1米，我還認為相對論是成立的。

因為宇宙中唯一不變的就是變化，我在《變化》序言中就寫道了這句話。我一直也將這個思路貫穿整本書。

而且宇宙是非線性波動的，也是開放性的。即宇宙不是一成不變的，那麼光速是一種宇宙時空束縛態，宇宙發生了緩慢的變化，光速出現變動，而且必須是全域性的變動，那麼對於我們而言，光速就是不變的。

也就是說時空束縛態有了鬆動，光速會增加，以我們無法察覺的形式有了變化。也就是光速不變原理是成立的，對於任何觀測者而言，光速是一樣的。

我覺得必須給你們一個案例，你們才能更好的理解。我們知道河槽寬的地方，河流流速緩慢，而河槽窄的地方，河流流速較快。等量的河水，我讓河槽窄的地方，比原來窄上100萬億分之1米，那麼窄的地方河流的流速有變化嗎？理論上有變化，可是實際呢？實際是沒有變化的，因為這樣微小的變化，至少人類是無法測量出來的。

而宇宙更是龐大無窮時空體系，我這樣解釋，你懂了嗎？仔細考慮一下。

所以從宇宙角度來說，光速是可變的，但光速不變原理卻是成立的。因為光速不會今天是這個速度，明天是那個速度。要深刻理解光速不變原理。

還有一點我強調一下，因為害怕大家有慣性思維，就想不到這點。比如100年光速的測量值，比現在慢了0.1米，那麼相對論成立嗎？

很顯然是成立的！ 所以有“超光速”的概念，就一定要有“慢光速”概念。可是大家都沒有意識到這點。 快和慢當然都是相對於“現在的光速”而言的。

還有一點再強調一下，很多科學家認為，宇宙大爆炸開始時候，光速比現在快。你一定看到過這樣的新聞和科普知識，但你聽過他們怎麼解釋嗎？ 去搜一下。

哈哈，去搜了嗎？ 你會發現，你其實沒有搜到任何東西。對於這個問題解釋，科學家無能為力的原因太多了。宇宙自身的膨脹速度大於光速，說明什麼？說明宇宙膨脹的速度是大於光速嗎？

宇宙自身膨脹的速度大於光速，肯定是以現在的光的速度而言的，至於幾百億年前宇宙爆發時候，光速是多少？我們其實很難知道了。但我在我的書中提到過，我其實是反對大爆炸理論的，至少持高度懷疑態度。原因也是出於上述原因。承認大爆炸理論，就必須承認那個時候，相對論不管用。這僅僅是其一。更多的大家思考一下吧。也可以去看看我之前的文章。

很多人可能會罵我，當然已經有人罵過我了。不過也有人誇我的。我很有自知之明，我不是傻x，也不是天才，我只是思考你們不常的思考的問題，我將我思考的答案寫出來。當然我不能保證這些思考都是對的，有價值的。我能力，學歷很有限。確實博士生隨便幾個問題拋過來，我就傻眼了。

等等，好像有點跑題了，繼續回到論述中來。

我不知道愛氏在做出這個原理判斷時候，是否也考慮了我想過的問題。他是否問過自己：“光速的本質是什麼？”

好了，關於等效原理等，其實也值得深入分析。你分析一下吧。看看有什麼值得分析的地方。

接下來是介紹愛氏創立狹義相對論和廣義相對論的介紹了，介紹就意味著我要保持它的原汁原味了。

早在16歲時，愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進的電磁波，與此相聯絡，他非常想探討與光波有關的所謂以太的問題。

17世紀的笛卡爾和其後的克里斯蒂安·惠更斯首創並發展了以太學說，認為以太就是光波傳播的媒介，它充滿了包括真空在內的全部空間，並能滲透到物質中。與以太說不同，牛頓提出了光的微粒說。

牛頓認為，發光體發射出的是以直線運動的微粒粒子流，粒子流衝擊視網膜就引起視覺。18世紀牛頓的微粒說佔了上風，到19世紀，卻是波動說佔了絕對優勢。這短歷史我在《見微知著》中寫的很詳細了。

以太學說發展，人們認為：波的傳播需要媒質，光在真空中傳播的媒質就是以太。與此同時，電磁學得到了蓬勃發展，經過麥克斯韋、赫茲等人的努力，形成了成熟的電磁現象的動力學理論——電動力學，並從理論與實踐上證明光就是一定頻率範圍內的電磁波，從而統一了光的波動理論與電磁理論。

以太不僅是光波的載體，也成了電磁場的載體。直到19世紀末，人們企圖尋找以太，然而從未在實驗中發現以太，相反，邁克耳遜莫雷實驗卻發現以太不太可能存在。

電磁學的發展最初也是納入牛頓力學的框架，但在解釋運動物體的電磁過程時卻發現，與牛頓力學所遵從的相對性原理不一致。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個恆量；然而按照牛頓力學的速度加法原理，不同慣性系的光速不同。也就是麥克斯韋與伽利略關於速度的說法明顯相悖！

愛因斯坦似乎就是那個將構建嶄新的物理學大廈的人。他認真研究了麥克斯韋電磁理論，特別是經過赫茲和洛倫茲發展和闡述的電動力學。愛因斯坦堅信電磁理論是完全正確的，但是有一個問題使他不安，這就是絕對參照系以太的存在。

他閱讀了許多著作發現，所有人試圖證明以太存在的試驗都是失敗的。經過研究發現，除了作為絕對參照系和電磁場的荷載物外，以太在洛倫茲理論中已經沒有實際意義。

愛氏喜歡閱讀哲學著作，並從哲學中吸收營養，他相信世界的統一性和邏輯的一致性。在“奧林匹亞科學院”時期對大衛·休謨對因果律的普遍有效性產生的懷疑，對愛因斯坦產生了影響。

相對性原理已經在力學中被廣泛證明，在電動力學中卻無法成立，對於物理學這兩個理論體系在邏輯上的不一致，愛因斯坦提出了懷疑。他認為，相對性原理應該普遍成立，因此電磁理論對於各個慣性系應該具有同樣的形式，但在這裡出現了光速的問題。

光速是不變的量還是可變的量，成為相對性原理是否普遍成立的首要問題。當時的物理學家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照系，這是受到牛頓的絕對空間概念的影響。

19世紀末，馬赫在所著的《發展中的力學》中，批判了牛頓的絕對時空觀，這給愛因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，愛因斯坦與一個朋友貝索討論這個已探索了十年的問題，貝索按照馬赫主義的觀點闡述了自己的看法，兩人討論了很久。我在《變化》在討論慣性的時候，也引述馬赫原理。所以馬赫這個對愛氏的啟發是很大的。

突然，愛因斯坦領悟到了什麼，回到家經過反覆思考，終於想明白了問題。第二天，他又來到貝索家，說：謝謝你，我的問題解決了。原來愛因斯坦想清楚了一件事：時間沒有絕對的定義，時間與光訊號的速度有一種不可分割的聯絡。他找到了開鎖的鑰匙，經過五個星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對論呈現在人們面前。

1905年6月30日，德國《物理學年鑑》接受了愛因斯坦的論文《論動體的電動力學》，在同年9月的該刊上發表。這篇論文是關於狹義相對論的第一篇文章，它包含了狹義相對論的基本思想和基本內容。

愛因斯坦解決問題的出發點，是他堅信相對性原理。伽利略最早闡明過相對性原理的思想，但他沒有對時間和空間給出過明確的定義。

牛頓建立力學體系時也講了相對性思想，但又定義了絕對空間、絕對時間和絕對運動，在這個問題上他是矛盾的。而愛因斯坦大大發展了相對性原理，在他看來，根本不存在絕對靜止的空間，同樣不存在絕對同一的時間，所有時間和空間都是和運動的物體聯絡在一起的。

在這篇文章中，愛因斯坦沒有討論將光速不變作為基本原理的根據，他提出光速不變是一個大膽的假設，是從電磁理論和相對性原理的要求而提出來的。這篇文章是愛因斯坦多年來思考以太與電動力學問題的結果，他從同時的相對性這一點作為突破口，建立了全新的時間和空間理論，並在新的時空理論基礎上給動體的電動力學以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。

什麼是同時性的相對性？不同地方的兩個事件我們何以知道它是同時發生的呢？一般來說，我們會透過訊號來確認。為了得知異地事件的同時性我們就得知道訊號的傳遞速度，但如何測出這一速度呢？我們必須測出兩地的空間距離以及訊號傳遞所需的時間，空間距離的測量很簡單，麻煩在於測量時間，我們必須假定兩地各有一隻已經對好了的鐘，從兩個鐘的讀數可以知道訊號傳播的時間。但我們如何知道異地的鐘對好了呢？

答案是還需要一種訊號。這個訊號能否將鍾對好？如果按照先前的思路，它又需要一種新訊號，這樣無窮後退，異地的同時性實際上無法確認。不過有一點是明確的，同時性必與一種訊號相聯絡，否則我們說這兩件事同時發生是無意義的。

大家體會到這個概念的重要了嗎？我在上面的各種提問，其實已經夠深入了。

相對論認為，光速在所有慣性參考系中不變，它是物體運動的最大速度。由於相對論效應，運動物體的長度會變短，運動物體的時間膨脹。但由於日常生活中所遇到的問題，運動速度都是很低的（與光速相比），看不出相對論效應。

愛因斯坦在時空觀的徹底變革的基礎上建立了相對論力學，指出質量隨著速度的增加而增加，當速度接近光速時，質量趨於無窮大。他並且給出了著名的質能關係式：E=mc^2，質能關係式對後來發展的原子能事業起到了指導作用。以上就是愛氏狹義相對論的創立過程。