爱因斯坦和牛顿是否被严重高估了？ 第1页

爱因斯坦已经伟大到让凡人只能仰视了，例如说没有爱因斯坦的天才，广义相对论完全可能推迟几十年甚至更久才被人类发现并掌握。

但爱因斯坦在科学的地位其实是不能和牛顿比的——虽然相对论颠覆性的革命，将牛顿力学降到了特殊性规律的地位上去，然而作为先行者……

艾萨克·牛顿根本就是科学与数学之神！！！

甚至没有必要列举牛顿的成就。在牛顿之前，人类的生活方式与500年前甚至1000年前区别不大，而在牛顿身后至今不到300年，人类掌握的力量已经可以在前牛顿时代自称为神！

Nature and Nature' law lay hid in night ; God said,"Let Newton be," and all was light。

自然与自然的定律，都隐藏在黑暗之中；上帝说"让牛顿来吧！"于是，一切变为光明。

艹！高……高估……

不过说实在的也可以理解，以前总觉得牛顿力学一系列定理好简单哦，就几个乘法嘛，有那么猛嘛

直到有一天不知好歹的我去图书馆看了，首先看到厚度我就懵逼了，至于这么厚么？打开一看不由得缓缓跪下，里面都是这种鬼东西：

我感觉牛逼顿有点莫扎特那种天才的感觉，就是脑子里什么都是现成的，写书不过是记录而已，据说莫扎特的创作过程基本等于听写？

老爱，你瞅啥？

老牛，关我X事。

答主认识有巨大变化，评论区的诸位因为答案修改所以我只能删除，抱歉~现在修改如下：

先列干货（加粗为特别重要）：

1，牛顿贡献：

物理：牛二定律，万有引力，动量守恒，角动量守恒、颜色理论、反射望远镜、冷却定律。

数学：和莱布尼茨平分微积分，二项式定理、各种数值方法。

经济：金本位制度，打击伪币稳定英国经济。

黑点：性格偏执，超级喷子，打压学术对手不择手段，手段堪称卑劣，晚年沉迷神学，痴迷炼金术，微粒说被托马斯杨打脸。

2，爱因斯坦贡献：

物理：广义相对论，狭义相对论，质能关系，光量子，创立宇宙学，量子纠缠，和玻色平分凝态物理，解释布朗运动，受激辐射理论，固体比热理论。

数学：证明四维流型的场方程和测地线为一个基本方程(和一位苏联科学家平分)，爱因斯坦求和约定。

和平：著名和平主义社会活动家，先持绝对和平主义（反对一切战争），后转变为新和平主义（支持反纳粹、反法西斯的正义战争），日本种蘑菇的推手之一，战后呼吁和平利用核能。对以色列建国和建国后的教育事业有重要贡献。

黑点：对前妻不地道，德国骨科，经常出轨，有一个下落不明的孩子，量子力学被玻尔打脸。

说明：1，不是字长就牛逼。2，同门类里按照重要性递减。3，所谓黑点只是大家撕逼时用的，具体是不是黑点，有多黑我会在后面试着分析。然后我试着解释这些东西，而不是只是列一个个名词。因为大家对牛顿的理论比较熟悉，所以他的介绍篇幅短一点，绝非贬低老牛！

——————————————作为人类之光的牛顿————————————————

牛二定律：一般我们说的牛顿三定律其实不完全准确，因为牛一定律就是惯性定律，这是伽利略提出来的；牛三定律是动量守恒的推论(P=F*T，P1=P2，T1=T2，自然F1=F2)。只有牛二定律是完完全全属于牛顿的基本定律，当然，整个经典力学大厦中最重要的也是牛二定律。

万有引力：这个理论的伟大之处在于将天上的群星和地上的苹果联系了起来，论证了无论天上地下都遵守同一套极为优美简洁的力学定律，此前天文学最伟大的定律之一：开普勒椭圆轨道定律（行星的轨道是椭圆，太阳在其中一个焦点上）只不过是它的一个推论。

动量守恒：前面已经说了它是可以推出牛三定律的更基本定律，本质是物理规律的空间平移不变性（很燃有没有）。

角动量守恒：转动版的动量守恒，开普勒面积定律只是这个定律在椭圆轨道中的推论（面积定律：“单位时间行星和恒星连线扫过的面积相等”）。本质是物理规律的空间旋转不变性（燃+1）。

以上三者加上伽利略的惯性定律，就建成了经典力学的理论框架，20世纪物理革命之前，所有的力学家无非就是研究各种求解的数学技巧和工具。

当然，从物理思想上看，从作用力出发的矢量力学和从作用量出发的分析力学有很大的不同，但是数学形式上上经典力学一直没有逃出牛顿建立的框架，所以说直到物理革命以前力学都是姓牛的没有任何问题。

经典力学的伟大毋庸置疑，从日月盈亏到潮涨潮落，从自由落体到四季交替，当时人类能看到的所有力学现象都能用它解释，无一例外。哪怕到了20世纪，阿波罗登月也只用到经典力学的知识。

—————————————————人类文明第一书———————————————

《自然哲学的数学原理》一书在科学界开天辟地，影响力更远远超越自然科学领域，伏尔泰参加牛顿葬礼以后受到极大震动，回国后大力宣传牛顿的思想用以抗衡神权，直接促使了启蒙运动的诞生。

颜色理论：《光学》是牛顿的另一部巨著，同样解释了当时所能看到的一切光学现象(包括直线传播、折射、衍射、色散)，而且书中的实验设计堪称天才。可惜的是他采用了完全错误的微粒说为基础，因此具体论述在今天看已经价值不大。即便如此，书中“白光可以分解为更基本的七色光”，以及“不同颜色光混合成新颜色“的结论依然没有过时，甚至因为太过常识而没有人在意。

反射望远镜：工欲善其事必先利其器，牛顿反射望远镜彻底消除了老式望远镜的色散和模糊问题，对提高观测进度有极其重要的作用，对古典天文学的意义可能仅次于伽利略改良天文望远镜（开创加成）。今天最新的光学望远镜科技含量已经不知道必当时高了多少，但原理上讲还是牛顿望远镜的子孙。

新的实验工具和实验设计同样是人类天才的体现，可惜的是物理作为实验科学，实验物理学家却总是被人低估。牛顿也是一样，世人只记得他是理论大牛，却忘了他同样是实验界的天才。

冷却定律是一个唯像的理论，意思是物体冷却速度同表面积成正比，统计热力学发展起来以后这是理想模型的一个显然推论，但在当时可以算作热力学的先声。

———————————————数学界的牛顿—————————————————

微积分：无需解释，理工科大学生的噩梦，数学教你做人的开始。有人说20世纪以前数学经历过三次革命，分别是从有限到无限的分析革命，从欧式到非欧的几何革命，从符号到结构的代数革命，而牛顿就是分析革命的先驱和主将之一。现在公论牛顿和莱布尼茨独立发明了微积分，因为切入点完全不同两者的体系也有很大差别，莱布尼茨重视符号而牛顿重视几何。今天我们能学到的大部分是莱布尼茨的符号体系，而牛顿的符号只有f'(x)，和分析力学里的对时间导数符号还有一些残留。莱布尼茨在传承上能全面压倒牛顿是有理由的，首先他的符号不依赖几何作图，书写简洁。但更根本的理由是他将x和y的线性主部分别表示为dx，dy，可以分别计算十分灵活。这种差异一方面展示了莱布尼茨深厚的符号研究功底，另一方面也展示了牛顿对数学看重实用、重视几何直观的态度。

需要特别说明的是，牛顿虽然创立了微积分，但无论是他还是莱布尼茨都没有真正理解微积分，今天教科书里不说人话的微积分定义是历经柯西、戴德金、魏尔特斯拉等大数学家一步步摸索出来的，这也是牛顿一生丰功伟业中极少数没有打扫干净的战场。

二项式定理：就是x+y任意次方的展开。今天看平平无奇的一个排列组合推论，但是在没有排列组合概念的大清年间还是很了不起的。此定理可用来求近似解（比如可用来求平方根的近似值），在工程运算中也有广泛的应用。

数值方法：除了上面说的二项式定理，牛顿还在求解复杂的力学方程的时候发展出了很多求近似值的方法，本质上讲这类方法都是利用泰勒展开以多项式逼近。牛顿难得的地方在于给出了以计算机科学标准看也很标准的迭代算法，具体有牛顿下山法，牛顿导数法等等，今天计算机系学生还要学它们。

最后必须要插一句：所谓牛顿、阿基米德和高斯是三大数学家的说法，只是美国数学教师克莱因的一家之言，并无学术公认，这个克莱因也不是希尔伯特的老师。但是牛顿超一流数学家的地位是毫无疑问的。

—————————————————跨界玩票的牛顿———————————————

金本位制度：不懂经济，无法评估这个成果。但是金本位属于经济制度的基础框架，创立者在经济学界的地位绝对低不了。这里有一篇资料论述的较为详细，大家可以参考：[url]http://h.wokeji.com/idea/kzd/201506/t20150610_1270881.shtml[/url]

打击伪币：伪币对国家经济的冲级相信不用科普，牛顿任皇家造币厂厂长之前英国伪币横行，据牛顿本人估计有超过20%是伪币！他上任以后雷厉风行，大力整顿内部人员，培植告密者，捣毁诸多伪币厂，处死众多造假犯，手段虽略显酷烈，但对英国经济的稳定不可不谓善莫大焉。

————————————————牛顿的刀下之鬼————————————————

胡克

莱布尼茨

说完贡献，下面说一下黑点。首先牛顿的人品肯定是没得洗，睚眦必报，气量狭小，赶尽杀绝。但是要看到他并非天生恶人。考察一下，他的劣迹基本出现在和胡克关于万有引力大撕逼以后。这个胡克也不是什么易于之辈，当过皇家学会的实验主任，业务水平高不说，脾气也臭。莱布尼茨当年拿着自己发明的游丝称来到皇家学会交流，胡克硬说是抄袭他的创意。在牛顿刚加入皇家学会的时候就他对牛顿多方刁难，当时因为光学的学术分歧对牛顿非常不友好，同样有近似人身攻击的言论，气得牛顿一怒之下差点退出皇家学会，最后也只是挂个名，再也不发表文章。至于两者的彻底决裂则是因为万有引力。有一次哈雷（就是哈雷彗星那个哈雷，看看牛顿故事里出现的都是什么等级的人……）问他行星的轨道问题，他吹牛说自己不但知道是椭圆而且能算，哈雷就请他算一下，他又推脱说不能太容易告诉别人，否则显不出知识的可贵。哈雷觉得他在吹牛，细节不谈，反正后来就找到了牛顿，牛顿给他算出来了。哈雷看到牛顿的理论惊为天人，建议牛顿赶紧出版，牛顿就在哈雷的资助下出版了《原理》一书。（牛顿一辈子没什么朋友，哈雷算是少数说得上话的）。胡克看了以后大发雷霆，认为牛顿剽窃了自己的想法，责令牛顿修改成两个人共有的理论。牛顿何许人也，当下就把所有标注胡克的引用全部删了，出了第二版。这下胡克更炸了，两边势不两立。但是牛顿的《原理》实在太diao，以至于他的声望一瞬间就远远压过了胡克，胡克只能干跳脚。后来胡克去世以后牛顿更是对胡克进行了极其不地道的清算，废弃处理掉胡克遗留的大量实验器材不说，还烧光了他的画像，搞的我们现在连胡克长啥样都不知道，上面的图也只是想象图。

公正的说，胡克有手稿为证，他确实产生了万有引力的思想，也猜测了引力和距离的平方成反比，但是他没有相关的数学能力，无法解释天体的运动，说牛顿剽窃他的想法也未免太过。牛顿的偏激是一方面，胡克也有过火的地方，各种因素之下才导致了这一场悲剧。

当然了，他和莱布尼茨的论战就没得洗了，当时两人撕逼谁先发明微积分，牛顿发动自己的亲信痛骂莱布尼茨，甚至自己穿马甲上阵，老实人莱布尼茨喷不过，居然还让英国皇家学会来当仲裁（当时英国皇家学会是学术权威），这不撞牛顿枪口上了吗？牛顿搞了一个全是自己人的学术委员会宣布莱布尼茨剽窃，把莱布尼茨给气得火冒三丈也找雅克比(是的，他就出自那个显赫的伯努利家族)之类的欧陆好友祝拳，这下事情越闹越大，把整个欧洲大陆的学者都卷了进来，直接导致英国数学界和大陆数学界上百年的老死不相往来，因为牛顿的符号体系实在是不先进，英国数学落后德法百年之久，直到后来大数学家哈代（就是发掘拉马努金的那位）重启和欧洲大陆的大规模学术交流，建立英国分析学派，重振英国数学，英国才又重回数学中心，这是后话，表过不提，不过牛顿因为私心，客观上是产生了很大负面作用的。

类似的事情还有一些，不过都没这两件事大，就不提了。总而言之，牛顿天生的性格很不友好，又加上后天受了很多窝囊气（尤其是学术上被胡克强力打压），所以才形成偏激易怒的性格。另外要说的是，他人品虽然谈不上好，但并没有突破起码的学术道德（比如剽窃、作假），至于作奸犯科就更是没有了，所以他虽然不是一个可爱的人，但总归不是一个坏人。

——————————————作为黑暗弥赛亚的牛顿———————————————

前面已经说了，而且在当时的那个年代，是个文化人就要信圣经，就像中国古代人都强调父子君臣一样，这是一个大的文化环境，所以我认为算不得什么黑点，只能说是伟人受限于时代而已。但是他修订基督教历史这件事值得好好说一下。牛顿本人自视甚高就不用说了，加之他的生日是圣诞节（按儒略历），所以有一些神秘主义倾向(无责任猜测，他可能觉得自己是一个圣徒，甚至就是基督转世)。具体来说，他一方面对基督教非常虔诚（那个年代的西方人都这样），但是又非常看不起教会的那帮人。在当时，普通人是没有圣经的解释权的，只有教会才有。因此他做了一个惊人的举动：自己考证圣经的年代，自己解释圣经！这个家伙把所有能收集到的圣经版本全部找来一一研读对比，再结合当时已知的一些历史知识（主要就是欧洲中东一代，和咱们神秘的东方力量没什么关系），得出了全新的一套编年史，和教会宣传的完全不一样，具体来说当时教会宣传人类历史始于公元前四千年多一点，而牛顿以犹太原版旧约为基础，综合诸多其他文本，得出的结论是人类历史始于公元前一千多年，诞生在埃及。这在当时可是绝对的异端，也是杀头的大罪，他的很多手稿也没有发表，不过还是有一部分被集结出版了叫做《Chronology》，还有好几个版本。虽然由于分析的出发点非常荒唐，原始材料也主要局限在圣经，但是这一套分析方法远远超越了当时的人文学者，对后世有比较正面的影响（不同材料交叉印证、定量研究、建立数学模型等等）。比如历史大牛吉本就对此书推崇备至，认为单凭此书就可以让牛顿不朽（此人是谁？《罗马帝国衰亡史》的作者……）。至于为啥教会没找他麻烦就不太清楚了，毕竟我对神学不感兴趣。前段时间又有不少牛顿的手稿被发掘出来，其中有不少相关内容，PBS还拍了一个纪录片，叫做《牛顿的黑暗秘密》，B站就有，有兴趣的可以看看：[url]http://www.bilibili.com/video/av3472747/[/url]

简而言之，牛顿这家伙中二到了极点，cosplay文科大牛博览群书、旁征博引、详加考证，再以理科大牛的科学研究方法分析资料，最终写成一本挑战教会权威的巨著，而他内心深处的动力可能是“老子这么牛逼才配解释圣经，你们TMD什么玩意”。中二到牛顿这份上，十辈子都值了。

炼金术：这个没啥好说的，在当时连基本的化学概念，如元素、反应等都没有，而要点石成金需要在亚原子层面操作物质，离当时的科技水平实在是差了十万八千里，就算是牛顿也填不上这个坑，只能说造化弄人，他在上面浪费了这么多金钱时间。

微粒说被打脸：这个话分两头，物理学乃至自然科学本身就是不断试错的理论，脱离现象谈理论就是耍流氓，在当时并没有发现光波动的铁证：双逢干涉，牛顿以微粒说为基础，确实能解释当时的各种光学现象，虽然现在看来“不同微粒的撞击力度不同导致了折射”非常荒唐，但是在当时确实是一套完美符合现象的科学理论。杨的贡献不可谓不大，但牛顿的理论也不应因为被杨证伪而视为垃圾。

—————————————————牛顿脚下的巨人——————————————

阿基米德

海塞姆

费尔马

笛卡尔

伽利略

到了这里相信大家可以看出牛顿的实力，此人实在太过惊世骇俗，已经到了“只要参加就夺冠”的旷古绝今之境界，如此通才人类史上恐怕找不到第二人。然而，细细分析他的重大贡献，以相近时代的人为参照物，其实都还有脉络可寻：

实验和数学结合的方法，以及牛顿第一定律都可以归功于伽利略，F=ma所体现的思想伽利略也有——力是加速度的原因（由此可见伽利略上古神兽可不是浪得虚名）。守恒率在阿拉伯学者海塞姆和笛卡尔的著作里有类似的思想（文艺复兴前阿拉伯学者的水平是全面超越欧洲人的。可以参看南京大学李俊教授的公开课：科学启蒙。笛卡尔更进一步直接定义了动量，但是他的错误在于认为动量是标量），万有引力定律和胡克的猜测非常接近，微积分往上可以追溯到阿基米德，前辈数学家费尔马有直接思想来源，莱布尼茨更是直接平分秋色……

有人说牛顿更多的是一个伟大的综合者，而不是伟大的开拓者。这显然太贬低牛顿了，不说彻底确立实验和数学结合的科学方法是一件伟大的开拓，单说把宇宙万物用统一套理论解释就是牛顿天才的创新。但是客观的说，牛顿确实是站在了巨人的身上才能取得如此大的成就（虽然这句话本意是喷胡克），而这些巨人就是前文提到的这些显赫的名字。

把牛顿的丰功伟绩拆开一个个看，似乎也不是那么遥不可及（当然，同时做到这么多确实是旷古绝今）。这并不会损耗牛顿的伟大，却给了爱因斯坦一个绝地反杀祖师爷的机会。到底爱因斯坦有什么绝活，我们下回再说。

———————————————爱因斯坦的星辰大海———————————————

说老爱之前首先要先介绍一下背景，否则真有人觉得爱因斯坦只是一个比较牛的科学家而已，和祖师爷没法比。其实牛顿和爱因斯坦都是开创者（当然牛师爷的辈分要高，领域要广）。牛顿是物理学，乃至整个科学的开山祖师，而爱因斯坦是现代物理的奠基人。 19世纪末20世纪初的时候，随着麦克斯韦经典电磁学大厦的落成（标志性事件是赫兹探测到电磁波），经典物理的大厦宣告竣工，而大家经常听到的说法是：当时的物理学家们盲目乐观的认为物理已经到头了，世间的奥秘已经全部知晓，物理学家无事可做了。代表者当然是我们可爱的肿脸天尊开尔文（其实两朵乌云就是他说的，这是一位有惊人洞察力的伟大科学家）。然而温伯格(和老杨、威腾一个档次的超级大牛)给出了另一种说法，他认为当时的物理学家不是太乐观，而是太悲观了：他们彻底放弃了从物理层面去理解化学、生物等其他自然科学的尝试，而是退缩到泾渭分明的物理世界中，不越雷池一步，温伯格的《终极理论之梦》对此有精彩的阐述，和这个帖子关系不大就不展开了。 然而，物理学革命还是来了，两朵乌云劈下的雷电把整个经典物理体系烧得千疮百孔，所有，注意我说所有的经典理论全都要重写：经典力学被相对论性力学取代，经典电磁理论被量子场论取代，人类的认知范围被扩展到无远弗届：从基本粒子到宇宙起源都被纳入了物理学研究的范畴。现实世界也受到了物理革命的了巨大冲击，随便两个个例子：1，原子弹不光是人类能控制的最强力量，还奠定了当今核威慑下的整个政治框架，比起伏尔泰、霍布斯等把牛顿的公理体系引入社会学科掀起现代启蒙运动也不堪多让。2，第三次科技革命也要感谢大规模集成芯片、半导体、光纤传输等技术，而这些技术的根基全部在物理。 这场革命不光在物质角度深刻，在精神角度也同样深刻。经典力学乃至麦克斯韦的电磁理论都是符合人类直觉的(至少不冲突，人对电和磁的经验很浅，科学家说什么就是什么)，所以牛顿的理论被学术界接纳比较顺畅。相对论以及量子物理则是完全反直觉的，近代科学家在上世纪初的科学革命见了各种大风大浪以后才发现原来常识算个鸟，宇宙比人类所能想象的还要疯狂得多得多，时间、空间、物质、观测等等最基本的概念都要重构，这在人类历史上可以说是前所未有的。这代表着人类——至少是最精英的那一部分——开始摆脱刻在我们基因里的认知模式，开始冲破硬编码在脑子里的思维局限，真正从纯客观的角度，用纯数学的语言来理解世界。这个过程毫无疑问是痛苦的，也是反人类的，所以直到今天挑战相对论的民科还数不胜数。 最后甚至可能是最重要的：物理革命的火种烧到了到其他学科，并深刻影响了它们的知识体系——化学(狄拉克的名言：化学所需的所有方程已经被找到了，剩下的就是如何求解的问题)、生物（薛定谔本人就是分子生物学的开山祖师）、医学（搭分子生物的顺风车，利用物理学家搞出来的新工具如核磁共振、X光透视等）、天文（天文已经快成物理的下属学科了）、地理（和天文同理），甚至开创了一个全新的学科：宇宙学（爱因斯坦创立的）。 被世纪之交的物理学家放弃的终极理论之梦又被重新点燃：整个自然科学体系有了明显的层级结构。人文学科最终被渗透我相信也只是时间问题，当然这个时间可能会很长很长。 可以毫不夸张的说，20世纪科学的进程就是物理帝国向其他学科渗透和征服的进程，而爱因斯坦就是这个帝国的皇帝——这不是我说的，而是泡利（他的尖酸刻薄可排历史第一）说的：“他(庆祝我获得诺贝尔奖)的演讲，就像一位老国王把王位传给他最喜爱的小儿子”。 ps：要强调的是，这绝不是说物理高其他学科一等，而是物理给其他学科提供了一个非常坚实的基础，具体学科的问题由于复杂度原因还是需要相关领域的专家来解决。 扯了这么多，就是想说从时代背景来看，爱因斯坦面临的挑战和变革并不比牛顿小，而应该说是各有千秋。 ———————————————爱因斯坦的烧脑游戏———————————————

然后我们可以谈谈老爱的具体理论了，爱因斯坦和牛顿不同，科普方式也不同。牛顿的理论框架大家高中就学了（虽然数学工具不够），而爱因斯坦的理论大部分人只停留在知道一些似是而非的说法，不明觉厉的程度。所以老爱这边我的重点会放到解释这些理论上（尤其是相对论），篇幅也会比牛顿长很多，顺序也不会按照重要度排序，而是按照逻辑顺序： 狭义相对论：大家可能听过一些传言，相对论其实不是爱因斯坦发明的而应归功于其他科学家，比如洛伦茨或者庞加莱等。这个问题杨老说得最透彻，我就不班门弄斧了，直接引用之：“庞加莱懂得了相对论的哲学，没有懂得它的物理；洛伦兹懂得了它的数学，也没有懂得它的物理。只有年轻的爱因斯坦能创建出此革命”。如何赋予数学公式物理意义才是物理学家最根本的工作，是爱因斯坦彻底澄清了洛伦茨变换中每个符号的物理意义，因此狭义相对论姓爱实至名归（否则我可以说麦克斯韦方程组也得改名，因为里面的三个半方程都不属于麦克斯韦）。 扯了半天，狭义相对论到底说得啥呢？其实他说的就是在光速不变+惯性系相互等价(物理定律不变)这两个前提之下的一整套时空体系。在这个时空体系里时间和空间无法分离，但是存在绝对时空。牛顿认存在绝对空间，绝对时间，不同的参照系中时间和空间是一致的，但是狭义相对论说没有绝对空间，没有绝对时间，在不同参照系中时间和空间不一致。但是，再强调一次，时空一起构成一个闵可夫斯基空间，这个空间在不同的的参考系里四个维度分量不同，但是总的时空间隔是绝对的。 狭义相对论严重冲击了人类的常识，加上一些科幻作品的渲染，因此经常被误读，下面列举一些要点并加以澄清： 1，运动时间变慢并不是说运动中的物体光传递到静止物体上变慢了，不是，就是时间本身的收缩，就是两个参考系中时间流逝不一样，同时的相对性是整个相对论的核心，一定要理解这点！ 同理，在不同参考系中空间本身的度量也不同。 2，单独的时间或者空间都是相对的，生子佯谬中两兄弟如果都在惯性参考系中，就会你看我年轻，我看你年轻，这是完全合理的，一定要理解这点，相对就相对在这里。 3，超光速就能回到过去完全是个错误的说法！更不是什么追上了以前发出的光，看到了以前的景象。准确的说是，如果传递从A到B两个事件因果信息的媒介超光速，那么存在一系列参考系，在这些参考系中，B和A的时间会反转，B发生在A之前。 举个具体例子：A表示门口开枪，B表示门里的人中弹。那么以门口为原点建立两个坐标系，第一个a相对门口静止，b相对门口运动。那么，如果子弹速度是两倍光速，那么b需要相对a至少以1/2光速的速度运动，此时b中事件发生顺序是先中弹，后开枪。如果子弹速度是3倍光速，那b就只要1大于/3光速相对a就会逆转顺序。 但是，需要强调的是，对a，不管信息速度有多快，还是先开枪，后中弹！！ 如果你强行把超光速的数值带到公式里，你也得不到负时间，而是得到虚时间，也就是-1开根号得到那个虚数，这是个什么鬼东西世界上没人知道。 4，我们生活的时空，如果以时间为轴就形成四维闵科夫斯基空间，距离公式和欧式空间不一样！欧式空间用勾股定理，各个分量的平方和构成距离的平方，而闵科夫斯基空间是时间的平方减去三维空间距离平方和！或者你用虚数时间构成时间轴，那就是传统的欧式空间了。非常非常反直觉，难以理解，但是实验告诉我们就是这样。 ps：动画片里的虚数空间往往描述成一团黑，没有大小距离概念等等，其实这更像黑洞，不是虚空间，虚空间只有数学描述，目前还没有图形化形象 再强调一遍，狭相里面，时空的间隔是不变的！是存在事件间的绝对距离的，这个距离就是闵可夫斯基空间里的距离，时间和空间的平方差，这个值不管什么参考系，都是个定值！所以相对论这个名字其实很差，爱因斯坦自己也不太喜欢。 只要彻底理解了光速不变（这是麦克斯韦方程组的推论，根源在于电磁场的传播仅和电磁震荡的频率有关，和参考系无关）和惯性系等效原理，狭相的所有推论和公式都能自然推出来，而且数学不复杂，包括洛伦茨变换，质能公式，等等。 因为数学不复杂，提出公式的洛伦茨的历史地位也远不如给出物理解释的爱因斯坦。

质能关系：E=MC²恐怕是知名度最高的方程之一了，甚至在大众眼中它就代表着科学。事实上这个方程虽然只是狭义相对论的一个推论，但是物理意义重大，确实值得大书特书。说爱因斯坦造了原子弹是不公正的，但同样认为他和原子弹毫无关系就更不靠谱，如果没有质能关系很可能根本不会产生造原子弹的想法。退一步说即使要造，奥本海默和费米们对原子弹威力也将毫无概念，可能试爆时直接炸死上百个一流科学家。质能关系告诉我们小球和做功只不过是一个硬币的两面，彻底颠覆了“物质”这个词的概念。以今日的物理观点看，能量是远比质量基本的概念。12年获得炸药奖的“上帝粒子”希格斯理论，就是一个描述质量起源的理论。该理论中我们宏观物体的质量绝大部分来自于将基本粒子束缚在一起的强相互作用势能，小部分来自于希格斯粒子生成的元质量，而这两者都是能量。这个方程虽然简单却足够本质，足以和F=MA媲美。

在狭义相对论创立过程中，爱因斯坦展示了惊人的物理直觉，硬是从不可能出问题的地方看出了问题，颠覆了统治人类上万年的“时间、空间”概念，并创造出了一个统一牛顿三定律和电磁学的伟大体系。毫无疑问，单凭此贡献，爱因斯坦就足以位列伟大的物理学家之列。然而光凭这个还不足以同牛顿扳手腕，我们的爱爷爷还有压箱底的大招，这就是：

——————————————爱因斯坦的弯曲时空———————————————

广义相对论：自伽利略牛顿奠基现代科学以降，所有的科学理论发展都遵守一个模式：1，观测到新的现象。2，科学家提出理论解释。3，新的观测验证或证伪该理论。所有，所有自然科学的发展全都遵守这个模式，注意，我说的是所有自然科学，而不只是物理。现代科学中从达尔文的进化论到孟德尔的遗传子假说，从门捷列夫的元素周期表到卢瑟福的原子核理论，从哈勃的宇宙膨胀到暗物质理论，从魏格纳的大陆漂移到磁极翻转，物理生物化学天文地理，所有学科的所有理论都符合这个模式，无一例外！甚至最疯狂的量子力学也发端于黑体辐射的紫外灾难。除了一个，唯有一个天外飞仙，不食人间烟火的理论突破了这个模式，而它有个显赫的名字，它叫做广义相对论。

广义相对论相出来的时候，没有社会生产的需求（现在应用也不多，太超前了），没有无法解释的实验现象（水星进动的误差牛顿力学也能解释：还有未发现的星体），没有多少人帮忙（赵峥老师的话：其他人都是Delta），是个纯粹的脑洞派三无理论。它惟一依靠的就是爱因斯坦变态的物理想象力和直觉，所有人都还在纠结时间空间的概念，还在批评狭义相对论，还在提出一些看似尖锐实为佯谬的问题，爱因斯坦已经远远甩下他们，抓住了狭义相对论的本质问题：惯性系到底是个什么东西？

然后就是十年一剑，三无理论一战成名，余威延续百年。直到去年，我们人类的生产力终于追上了爱因斯坦的步伐，广义相对论的最后一个预言：引力波，被LIGO探测到。在这一个世纪，广义相对论七战七胜，完美收官。

下面开始科普，虽然我努力删减，但还是会涉及到一些数学，如果实在看不下去就跳吧，大概知道说的是啥就行。广义相对论的思就是：彻底抛弃惯性系的特权，让一切参考系等价。通俗点说狭义相对论中不同的惯性参考系的区别在于时间和空间的线性尺度不同。而广义相对论中，不同参考系的区别在于时间和空间的弯曲程度不同 。注意，是时空，不是空间。时间空间作为一个整体被弯曲了。

广义相对论中引力是几何效应，是物质弯曲时空以后导致物体包括光运动的改变的效应。 不光是光线弯曲，连时间都被引力场影响，所以黑洞那种极端的情况会有类似时间静止的现象出现。我们都知道牛顿惯性定律，不受力要么静止要么匀速直线运动。而爱因斯坦拓展成物体不受力就沿着测地线运动。所以在广义相对论框架里引力的效应和加速度的效应是一样的，这叫做“爱因斯坦等效原理”，他统一了加速度和引力。注意，我这里说的是物质，而不是质量，因为广义相对论中一共有四个东西对引力有贡献，它们是：能量和三个方向上的动量。更统一的说，这四项是一个东西在时间和空间四个维度上的分量，而这个东西才是物质的根本。

虽然等效原理告诉我们引力场和加速度可以等效，但是因为并不存在均匀同向的引力场，导致了潮汐力和测地偏移的存在（也就是离引力源的距离不同，受力大小和方向不同，相信初中水平就能理解），所以引力场无法通过坐标变换消掉，严格阐述等效原理要用到瞬时局部惯性系的概念，这里就不展开了。下面讲两个常见的错误：

1，爱因斯坦第一个提出光线会弯曲。大错特错！牛顿光学认为光是有质量的粒子，所以按照牛顿力学一样能算出来光线会弯曲！只不过数值大约只有相对论算出来的一半。爱丁顿搞的实验数据支持广相，因为实际值和广相的预测值接近，比牛顿体系算出来的大得多。

2，那个广为流传的科普图，大球压床单压出个凹陷那个。毕竟是科普不能说错，但是很容易让人误解，因为大球是依靠重力才压出来的，而质量弯曲的是时空本身，没法形象的画出来，只能用数学语言描述。

我们人类是三维空间的生物，一个球面的弯曲也要放到三维空间中来看，所以经常会有人问“时空弯曲是否说明有更高维的时空存在？”答案是并不，数学书描述弯曲的语言叫做曲率，而曲率分为外曲率和内曲率，圆柱体表面的曲率就是外曲率，需要放到三维空间中看，而球面的曲率是内曲率，在球面上就可以探测出来。我们时空弯曲是内曲率弯曲。

爱因斯坦引力方程定量的刻画了物质和时空弯曲的关系，用惠勒的话说就是：物质告诉时空如何弯曲，时空弯曲告诉物质如何运动。

下面开始出现大量数学，不想看可以跳过。

刚才说了，物质造成了时空的弯曲。在我们熟悉的宏观低速视界，也就是欧式几何的世界所谓测地线就是直线，所以我们说两点之间直线最短。那么弯曲时空中呢？就是两点之间测地线最短。测地线的定义就是切向量对曲线距离的协变微分处处为0的最短的线（微分为0还可能是最长的线）。 这么定义测地线是合理的，因为张量的协变微分是张量，处处为0就表示任何坐标系中这个值都是0，不随坐标系改变。

所谓张量，就是一种依照坐标系变换规律变换的数学工具，有了这个东西，随便什么坐标系都能用统一的方程描述。大家不熟悉张量，可以这么理解：标量就是0阶张量，矢量1阶，矩阵2阶，再往上就没有直观对应了。0张量比普通张量更强，不光是按照特定规则改，而是完全不变，0。

定点的曲率有严格定义，矢量沿着包含该点的闭合曲线平行移动一圈回到原点（不是坐标的原点！）以后，两个矢量的差，对曲线包围面积的微分。 弯曲的时空中怎么平移呢？这种平移是平坦空间平移的推广，等于"移动距离各个分量"和"原始矢量各个分量"之间的线性组合，描述这个线性组合各个系数的，就叫做联络。 那么联络咋来的呢，让我们考虑平移的意义，按照矢量的定义，移动前后的差值也是一个矢量（多说两句，假设A从p点平移到q点，成为A’，这个差值不是说A'-A，因为两个矢量不在一个点上，而是指任意一个在q点的矢量B-A‘，这个差是矢量，这是数学上矢(向)量空间的定义：同一点的矢量可以加减，结果都是矢量。不在同一点的矢量直接加减的结果不一定！所以A'-A不是矢量！） 这个矢量当然是个张量(矢量就是1维张量)，换言之应该能在任何坐标系下面都是统一描述的，这样定义的平行才有价值，否则坐标系一换，你的矢量差就乱变，没法统一。换言之，矢量的平移是从数学的考虑，定义出来的一种东西。在平坦空间中就退化成简单的欧式平移。 按照这么些定义，就能吭哧吭哧的列方程，然后吭哧吭哧的把联络解出来，解用什么表述呢？用度规张量。 那么啥是度规张量呢？简单的说，度规张量是给定空间（这里的空间是数学上的空间，物理上的时空也是空间）的一种内在属性，相当于空间给定了，度规张量就给定了，当然具体值在各个点可能不同。 更进一步，度规刻画的是空间中距离和坐标的关系。比如平坦空间中，两个点a和b距离是啥？距离就是x平方+y平方+z平方（我们日常生活需要开方方便后续运算，在数学上则没必要开方），那么度规就是一个单位矩阵。四维闵科夫斯基空间(狭义相对论中的空间)度规是对角线为-1,1,1,1的矩阵。这两种空间度规虽然不一样，但都是常量。有些空间度规是随坐标改变的。同时这两种空间四个轴都正交，距离不涉及时间*空间这种量，但是有的空间坐标轴不正交就会出现这种量。这么些情况更复杂一些，但是总而言之，度规是一个空间的内在属性，就像普通坐标系中一个刻度表示多大单位一样，一旦空间给定，度规就定了。 所谓给定，是张量意义下的给定。比如不同坐标系同一点度规很可能不同，但遵守张量的法则。再强调一次，张量不是不同坐标系下一样的量，而是”依照坐标变换规律对应变换的量“，换言之你在a坐标下算出一个张量，在b坐标下他是可能会变，但是只要告诉你a是怎么变到b的，你就能对应的算出来，在这个意义下，度规是惟一的。 罗嗦两句，同一个度规其实有多种形式，比如一个二维空间距离定义为4xy，那么我们可以写成4*xy，也可以写成3*xy+1*yx（不管什么空间，坐标都是数值，是可以交换乘的，张量的各个分量也是数值也可以交换乘，但是张量本身不能交换乘!）。那么为了运算简单，大家就定义度规是对称的，也就是用4xy=2xy+2yx的形式。你说我不服，偏要用4xy+0yx的格式，也是等价的，只不过运算变得很复杂。 好了，曲率张量粗略的概念讲完了。我们时空的黎曼曲率张量是四维的，爱爷爷用了一些手段折算成了一些二维张量的组合。这个方法叫做缩并，就不展开讲了。 物质这边的定量描述是能量动量张量，这个描述的是物体所具有的能量动量（这是一个东东在四个维度的分量，一定要建立起这个概念！）的密度（密度代表对单位求导）在四个维度的分量，拿能量部分来说，就是能量的密度（能量和质量是统一的，可以就理解为我们常说的密度的推广，严格说还要区分密度和流，不过都当作密度理解没问题的）在时间轴，x轴，y轴，z轴的分量。动量密度的三个分量同理。 这个动能张量是两维的，第一个维度是说你是啥东西的密度（能量？动量？），第二个维度是说你是啥上面的分量（1时间+3空间）。

有了这些基本概念，下面我们来看相对论的方程就不会一脸懵逼了：

大量数学结束。

左边的G叫做爱因斯坦张量，由黎曼曲率张量缩并而成，描述的是时空弯曲的程度。右边的G是万有引力常数，c是光速，这两个是常数。T是能量动量张量。如前所说，广相描述的是物质对时空的弯曲，也就是这两个东西之间的关系。（前面说了，完整刻画四维弯曲需要四个自由度。方程中的两个R分别是两阶缩并和四阶缩并以后的曲率张量和曲率标量，g则是度规)

再复习一遍：广义相对论从完全不同的角度解释了引力是个啥：引力是物质引起的时空弯曲效应，因为时空弯曲了，测地线也就更改，路径自然更改。 这么个方程表明了，引力是一种几何效应，是时空本身的一种改变，所以引力场虽然由物质产生，但是作用到物质上的效果（加速度）和该物质的质量无关。你弯曲一张纸，纸上的文字不管中文英文大小，改变方式是完全一样的。

广义相对论完全统一了牛顿力学和电磁学，并作出了巨大的扩展，这样一个天上的理论再华丽的赞美也显得苍白无力，希望大家以后提到广义相对论不要再不明觉厉，而是有一些基本概念。

———————————————爱因斯坦的小打小闹———————————————

待续

———————————————爱因斯坦的江湖恩怨———————————————

待续 ———————————————爱因斯坦的撩妹技巧———————————————

待续

战争岁月中可以带来和平。

和平年代可以引发万人械斗。