「相对论」到底牛在哪？这次给你讲清楚（完结篇）

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「相对论」到底牛在哪？这次给你讲清楚（完结篇）

相对论怎么理解？

请告诉我相对论究竟是讲什么的?

相对论到底是讲什么原理？

一、「相对论」到底牛在哪？这次给你讲清楚（完结篇）

文/老余

这是这个小专题的第四篇，也是最后一篇。

第二、三篇因为有公式推导，有朋友说没有第一篇写得好——“差评”。

这种批评我接受，因能力有限，有些地方实在没有办法用纯文字的逻辑把天生的数学推导表达完整，我的第一宗旨是要写清楚，第二才是文字的简洁。

但本篇，你放心，没有一个公式，但依然精彩，因为就差广义相对论、量子力学和爱因斯坦在生活中一些你不太知道的故事了。

故事结尾比较伤感，情感丰富的朋友或许还会读出悲壮来，我写完堕泪如雨，如果你是这样的人，准备一点纸巾为好。

我们从爱因斯坦创造奇迹之前开始。

14岁的爱因斯坦

（一）爱因斯坦，在26岁创造奇迹之前，很普通吗？

我看到很多文章说爱因斯坦小时候性格上有“缺陷”、高中肄业、大学成绩不好，以至于毕业后找不到工作，不得不去专利局找一个下等工作糊口等等。

这是事实吗？

这是事实。但之所以那么多自媒体着重写这一段，不过是为了满足我们这些凡人的情感诉求：

——一个资质平庸，甚至为生计发愁的人通过自己坚持不懈的努力，终于成了人类的英雄，用一己之力改变了世界。

我们愿意看这样的好莱坞大片，也愿意听这样的励志故事。

但爱因斯坦在1905年奇迹之年之前，是怎么样的天资和生活状态呢？我们了解了这一段，自然就知道了这是不是一个人生翻盘的励志故事了。

上世纪八十年代，在我们的教室墙壁上，总有这样的一句名人名言——天才，等于99%的汗水+1%的灵感。

但爱迪生这句话的后面，其实还有一句：但那1%的灵感是最重要的。

爱因斯坦，就是拥有那可贵的1%灵感的天才。

从小，爱因斯坦的物理直觉就了不得，比如他在5岁时对一个指南针很感兴趣，这个年纪的孩子充满好奇很正常，但爱因斯坦的思路就非常清奇：

——他不单单觉得这个针头永远指着同一个方向很神奇，他的想法是空间居然不是每个方向都是对等的，居然有一个特殊的方向，为何会这样呢？他觉得是因为我们所在的这个空间有问题。

此时他才五岁，而我五岁时还在地上摸羊屎蛋蛋玩。

而这种在物理领域宝贵的清奇思路，他一直保持着，比如在他16（1895年）时写的第一篇论文《磁场里以太的状态研究》，这篇论文就思考了一个我们现在很多人都想不明白的问题：

——一个人要是以光速运动，要是一束光与他同向而行，他会看到什么？

要是以牛顿的经典物理学来解答，两个物体以相同的速度同向而行，那这两个物体就是相对静止的。这个很好理解，比如我们在火车站经常有这样的错觉，旁边的列车和自己的列车同速同向而行，要是没有别的参照物，你还以为自己的车没有动。

但爱因斯坦说，在光速面前不是这样的，即使自己和旁边的这束光同速同向，根据麦克斯韦的理论，我看到的这束光还是以光速在运动。

由此，他对经典物理学产生了巨大的疑惑甚至叫怀疑，而此时他只有16岁，刚上高中。

也是这一年，他报考了瑞士苏黎世联邦大学理工学院，并被录取了，可惜当时并没有像我们这边的大学少年班，校方没有允许他直接跳级上大学，要求他“扎扎实实”把高中念完再说。

第二年他就取得了高中毕业证，并顺利进入瑞士苏黎世联邦大学理工学院，这所学校已经是当时欧洲最好的大学之一了，但爱因斯坦觉得这个学校太差了，因为麦克斯韦的理论已经问世了40年，这所学校居然没有老师教授这门课。

于是，爱因斯坦就逃课，自己继续去钻研麦克斯韦。

和我们现在一样，老师们对“刺儿头”的态度永远是刻薄的，爱因斯坦看不上这些“过时”的教授，教授们也觉得这个人不听话，而且还懒（不上课，还不交作业），这些教授刻薄到什么程度？

他们竟然建议爱因斯坦改行去学医。

这对于一个天生的物理学家来说，是莫大的侮辱。

但在这所“最好的”大学里，爱因斯坦也并非一无所获，他在这里结识了他的妻子米列娃，说来神奇——米列娃是从医学换行学物理学的，而教授们却建议爱因斯坦从物理学转行去学医。

或许是教授们真的不喜欢爱因斯坦，也可能是一个人不把考试成绩当成学习的终极目标，而是把钻研真理当成目标时，他对分数就没有那么在乎。

两个人在1900年大学毕业时成绩垫底，物理系总共有5个人毕业，爱因斯坦排第四，米列娃排第五得重修一年。

前面三位都得到了正式的“教职编”，成了职业的科学家，吃喝不愁，而爱因斯坦两口子不得不为了生计奔波，真的是一分钱难倒英雄汉，他为了养家糊口到处去给别人做家教（这可能是这个行当最牛叉的家教了），后来好不容易在专利局找到了一个很低职位的工作。

到此，爱因斯坦确实和很多胸怀大志而面对现实的人很像，在五斗米面前，头颅不得不低下去。

这就是爱因斯坦26岁之前的生活。

而与很多人不同的是，他是真正的天才，且极其幸运，幸运真的是实力的一部分。

25岁，还在为五斗米折腰的爱因斯坦

（二）这个天才，奇迹创造的速度令人震惊！

有些事情，不得不说是上天安排好的，比如爱因斯坦创立狭义相对论。

为何必定是他呢？

上节说了他极其幸运，幸运之处主要有两点：

此时的物理学界正处于巨大的困境之中，麦克斯韦留下的那个巨大的疑问——光速，到底是相对于谁的？这个问题已经过去了几十年，没有人能解答；此时的爱因斯坦，正处于一个物理学家创造力的巅峰时期。

上节的最后也说了他的天才，他的天才之处也有两点：

当时除了他，还有两个人其实也摸到了相对论的大门，一个是数学家洛伦茨，但很可惜他在物理学上的造诣不是顶尖的；一个哲学家彭加莱，他也是物理学不够好。这两人即使摸黑到了相对论的门前，但要打开这扇通往全新世界的大门，总差那么一点点；而爱因斯坦不仅在物理上是顶尖好手，他在数学上也是数一数二的（我们知道，数学最基础的底层学科，他在十几岁时自学了微积分），更难能可贵的，爱因斯坦没有被已有的知识限制住自己的想象力，他自始至终都有一副自由自在的眼光，他从小那种对物理的直觉一直都在，还敢于质疑现状，敢于放飞自我，然后再严密推理。

正是因为真正的天才还处于创造力、想象力的巅峰，他在1905年创造了奇迹。

在瑞士一个不起眼的专利局里，小小的助理检定员阿尔伯特·爱因斯坦用非工作时间搞出了六个物理学领域研究成果，用杨振宁的话来说，这六篇论文引发了人类关于物理世界的革命：光、时间、空间、能量与物资的革命。

6月9日——爱因斯坦发表了一篇关于“光电效应”的论文，他说光的能量不是连续的，而是一份一份不连续的，是量子化的，这篇论文洞开了「量子力学」的大门。

而在这之前，物理学家们一直认为光是连续的波动，这篇论文在15年后还获得了一个小奖——诺贝尔奖。

7月18日——爱因斯坦又发表了一篇关于“布朗运动”的论文，这是人类第一次证明了分子和原子的存在（当时的显微镜太弱鸡了，看不到这么微观的东西）。

9月26日——爱因斯坦再次发表了一篇关于“电动力学”的论文，这就是狭义相对论。

11月21日——爱因斯坦发表了《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，这篇论文运用狭义相对论严密推到了震惊世界的量能方程：E=mc²。

... ...

这些颠覆世界的重量级论文以这样的速度发表，你敢信？

我觉得如果这不是事实，脑洞再大的作家要是敢这么写小说，估计会被键盘侠的喷成抑郁症。

别的伟人都是用诞生或仙逝的日子作为纪念日，只有爱因斯坦是用「1905年」来纪念的。

在上篇，我留了一个尾巴：

当人们还在抓耳挠腮消化狭义相对论时，爱因斯坦正在思考是不是有个更简洁更牛叉的理论，能把狭义相对论也包含进去，进而可以用这个理论解释宇宙万物所有运动。

这个理论就是——广义相对论，他用了十年终于完成，在1915年发表。

我们接下来详细聊聊这个话题。

（三）广义相对论，物理学与我们的普通大众的距离

什么是广义相对论（广义的相对性原理）？

说白了，就是他想再次看破自己的狭义相对论——找到一种思想或者叫做一组公式，这种思想、公式能解释所有的坐标下，物理定律其实是一回事。

广义相对论的数学非常复杂，他自己最后都是请了数学家才完成了这种思想在数学上的表达，但思想非常简明扼要，概括起来就两点：

物质“告诉”时空如何弯曲——一个有质量的物体，会弯曲他周围的时空；时空“告诉”物质如何运动——在不受外力的情况下，一个物体总是沿着时空给它的最短路径运动。

其他的结论都是这两点的推论。

过程就不说了，说一个反认知的点——爱因斯坦觉得，引力是我们的幻觉。

先不要惊掉下巴，我们先看看他是怎么想的：

当我们在地面上会感受到地球的引力，但当我们处于失重的自由落体状态时，又感受不到地球的引力了。

如果引力是真实的力，怎么会在一种状态下有，在另一种状态下又没有了呢？

那只能说明引力是幻觉（回头看广义相对论里，压根儿就没提引力，就是因为他看破了引力不是力的一种）。

广义相对论的提出已经过去了一百多年，也已经被物理学家和天文学家通过严密的实验证实了他的正确（1916年通过观测日全食，看到了太阳背后本不应该看到的星光，这就证明了太阳弯曲了周围的时空，而牛顿力学认为光是永远走直线的）。

但很多相对论的结论到现在，我们还是难以接受，比如这个“引力不是力”的问题，接受起来就会很难，可能也有人会因此喷我，但我只能说：

物理学家们走得实在太快太远了，而普罗大众的接受能力和教育的与时俱进，要比他们慢太多太多。

你看相对论，虽是一百多年前的理论且证明无比正确，可学校教的还是几百年前的牛顿力学。

既然是说爱因斯坦，前面也说了他的那篇论文洞开了量子力学的大门，那我这个小专题就绕不开他与量子力学的恩恩怨怨。

接下来我们说说这个。

（四）爱因斯坦与量子力学：坚持自己还是采纳意见？

这是个问题！

克里斯坦森在《创新者的窘境》中提出了一个深刻的道理：

当我们坚持了某种理念而取得成功后，往往会被这个理念所绑架。一个曾给企业带来巨大成功的创新，在后来这个理念又会成为包袱，阻碍企业去尝试别的创新。

那我们是该坚持自我，还是应该敞开胸怀呢？

没有正确答案，成功的人都会总结自己的成功之道：

坚持了自我而成功的人会告诉你——你要坚持自己的意见啊，你看我就是排除万难坚持到底才成功的；敞开胸怀而成功的人也会告诉你——你不要那么固执己见啊，你看我就是吸纳了众家之长才成功的。

回到爱因斯坦，他之前的所有开天辟地的理论都是前者，都是坚持了自己，不管坚持自己后的那些推论看起来有多么“离谱”，他都接受了那些离谱，有的是自己证明了那些离谱是对的，有的是别的科学家证明了那些是对的。

但在广义相对论问世后的一个推论，他一改常态，放弃了自我坚持，还铸成了他自认为不可原谅的大错：

——这就是“宇宙常数”。

通过广义相对论，他推演出了宇宙是不断膨胀的，是“活”的。但在当时的科学家的宇宙观里，宇宙本身是恒定不变的。

这一次，爱因斯坦没有坚持，他接受了大家的意见，他在本已是完美的广义相对论的方程里”画蛇添足“地加入了一个宇宙常数“Λ”，虽然他自己也不知道这个宇宙常数代表着什么物理意义，但他还是加紧进去了，这样做有两点“好处”：

1、广义相对论公式符合了大家的宇宙观——宇宙，是静止的；

2、在当时已知的银河系范围内，加入或不加，方程组解出来的结果是一样的。

但十几年后，天文学家哈勃（就是那个哈勃望远镜的哈勃）系统系地观测到了远方的星星都在离我们远去（原理是红移现象：离我们远去的星光，波段会边长，从而发红），对此只有一个解释：

——宇宙不是静止的，它无时无刻不在膨胀。

原本的广义相对论方程异常完美，宇宙常数真的是画蛇添足。对此，爱因斯坦后悔不已，他原本有机会在十几年前就提出宇宙膨胀学说的。

或者就在此刻，他决定：无论后面遇到什么事情，他都不会再放弃见解。而这一次对自己的提醒，在面对量子力学时，他又错了！

几乎是提出广义相对论的同时，物理学在微观世界里正在展开同样重大、同样震撼的革命性探索，这就是量子力学。

虽然是爱因斯坦第一个提出光并不是连续的，而是一份一份的“光子”，但或许是在相对论上用去了太多的心力，爱因斯坦没有在这个微观领域继续向前，反倒是一开始反对“量子”学说的波尔后来接受了这个理论，并坚定地走了下去。

波尔在爱因斯坦的基础上，向前走了一步提出了新理论：

——不仅光是一份一份不连续的，就连原子中电子的轨道也是不连续的，电子只能从一个轨道突然出现在另一个轨道，而不需要什么中间地带。

这一次，爱因斯坦决定坚持自我，他完全不能接受波尔的这个学说，他无法相信有什么东西可以在空间中像变魔术一样“跳跃”。

他的相对论确实认为尺寸、时间、都是相对的，空间也是可以被弯曲的，但你总得尊重时空是连续的，是相连的吧？怎么可能有东西一开始在这里，不经过任何运动过程就突然出现在那里呢？

但这还不是最难理解的，后来物理学家又发现，有的粒子可以在同时即出现在这里，又出现在那里！

爱因斯坦快疯了，他拒绝接受量子力学。

这一次，历史抛弃了爱因斯坦，量子力学的时代来临，到了1930年，几乎所有的主流物理学家都站在了量子力学的那一边——就像当初他们站在相对论这边一样。

爱因斯坦，被主流孤立了。

他会放弃自己的主见吗？

不会，他不要再犯那个“宇宙常数”的错了。

1933年他定居美国，在大学里做教授，但他离群索居，与同事和家人渐渐疏远，他一直在找那个统一的理论，希望把宏观与微观统一起来，而不是像量子力学那样“胡闹”。

这样的苦苦求索一直到了1955年的那一天，76岁的爱因斯坦生病，他被送到医院时，医生说：

“不要担心，这个病的诊疗方案已经很成熟，很快就能治好。”

但爱因斯坦拒绝治疗：

“我想要离开时请让我离开，我已经完成了我该做的，一味地延长生命是毫无意义的，现在是该离去的时候了，我要优雅地离去。”

1955年4月18日晚，爱因斯坦在这个午夜的睡梦中安静地走了。

学校里最好的同事给他整理遗物，在他办公室的黑板上发现了好几个公式，而这几个公式计算后的结果是：

没有任何东西，是个死胡同... ...

（完）

扩展：

当初相对论对于经典力学，是一次站在巨人肩膀上的飞跃，也就是说爱因斯坦与牛顿是同向的，只是相对论比经典力学解释的范围更大了。

但相对论和量子力学，却存在根基上的对立，相对论认为时空是连续的，只要坐标系定了，位置、速度都是唯一的，相对论认为一切运动都可以用计算精准的算出来。

而量子力学却正好相反，它认为在量子的世界里，速度、位置都是随机的，一切都是概率。

就像上一次麦克斯韦提出“光速是相对于谁的？”一样，物理学，再一次“陷入了危机”！

而要统一「相对论」与「量子力学」的牛人在哪里？

我不知道。

或许，是你的孩子，是你的孙子... ...

但终究有一天，这个世界的终极真理会被人类的大脑看破，就像哥白尼看破了天与地，像牛顿看破了万有引力，像麦克斯韦看破了电与磁，像爱因斯坦看破了光一样，告诉世人：

——宏观和微观，其实是一回事。

你看，是这样的... ...

系列阅读：

「相对论」到底牛在哪？这次给你讲清楚（1）

「相对论」到底牛在哪？这次给你讲清楚（2）

「相对论」到底牛在哪？这次给你讲清楚（3）

一、相对论怎么理解？

1、相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。

2、相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。

3、在狭义相对论提出以前，人们认为时间和空间是各自独立的绝对的存在，自伽利略时代以来这种绝对时空的观念就开始建立，牛顿创立的牛顿经典力学和经典运动学就是在绝对时空观的基础上创立。

4、爱因斯坦在1915年左右发表的一系列论文中给出了广义相对论最初的形式。他首先注意到了被称之为（弱）等效原理的实验事实：引力质量与惯性质量是相等的（目前实验证实,在{\displaystyle 10^{-12}}的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别）。

5、广义相对性原理：任何物理规律都应该用与参考系无关的物理量表示出来。用几何语言描述即为，任何在物理规律中出现的时空量都应当为该时空的度规或者由其导出的物理量。

6、相对论的应用

（1）在医院的放射治疗部，多数设有一台粒子加速器，产生高能粒子来制造同位素，作治疗或造影之用。氟代脱氧葡萄糖的合成便是一个经典例子。由于粒子运动的速度相当接近光速（0.9c-0.9999c），故粒子加速器的设计和使用必须考虑相对论效应。

（2）全球卫星定位系统的卫星上的原子钟，对精确定位非常重要。这些时钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢（-7.2 μs/日），和广义相对论因较（地面物件）承受着较弱的重力场而导致时间变快效应（+45.9 μs/日）影响。

（3）全球卫星定位系统的算法本身便是基于光速不变原理的，若光速不变原理不成立，则全球卫星定位系统则需要更换为不同的算法方能精确定位。

扩展资料：

1、爱因斯坦在1915年左右发表的一系列论文中给出了广义相对论最初的形式。他首先注意到了被称之为（弱）等效原理的实验事实：引力质量与惯性质量是相等的（目前实验证实,在{\displaystyle 10^{-12}}的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别）。

2、爱因斯坦认为除了引力之外不受其他力时，所有质量足够小（即其本身的质量对引力场的影响可以忽略）的测验物体在同一引力场中以同样的方式运动。既然如此，则不妨认为引力其实并不是一种“力”，而是一种时空效应，即物体的质量（准确的说应当为非零的能动张量）能够产生时空的弯曲，引力源对于测验物体的引力正是这种时空弯曲所造成的一种几何效应。

3、测验物体就在这个弯曲的时空中做惯性运动，其运动轨迹正是该弯曲时空的测地线，它们都遵守测地线方程。正是在这样的思路下，爱因斯坦得到了其广义相对论。

参考资料：

二、请告诉我相对论究竟是讲什么的?

内 容 提 要

本文对物体（质点）作相对运动（无论低、高速运动）所引起的万有引力、库仑力、核力、电磁波频率等问题进行了探讨，认为物体（质点）在作相对运动的同时，诸如引力子、光量子等各种能量（或信息）载体还在它们之间高速地作相对运动。研究结果表明：相对运动只能引起“力、频率、图像等物理参数”的变化，不会引起质量的变化。该理论体系比牛顿理论体系和爱因斯坦《相对论》理论体系所考虑到的因素均要多。即该理论多考虑到了在相对运动物体之间作高速运动的能量载体的相对运动以及能量载体的速度极限对运动物体各种物理量变化规律的影响。根据这一前提，笔者提出了广义宇宙相对论原理，结合大量有关相对运动实验数据的分析处理，重新归纳出了相对运动引起的万有引力、库仑力、核力、电磁波频率、图像等共同遵循的一条基本自然规律，并且推导出了一系列新公式。同时，解决了精确测量各种元素原子内电子旋转运动瞬时速度及轨道半径的关键性问题；并且，实施了对氢原子、氦离子、氦原子内各层电子运动瞬时速度及轨道半径的精确测量。利用该理论对近100年来人类所做的一切物理实验和天文观测结果能够圆满地定量解释，结论互不矛盾。并且结论完全遵循传统哲学原理。

关键词：相对运动、能量载体、速度极限、力、频率

1、前 言

1905年爱因斯坦在光行差现象、菲索实验和迈克耳逊——莫雷实验等的基础上；抛弃了以太学说和绝对静止参照系的假说。提出了两条狭义相对论的基本原理：相对性原理和光速不变原理。在此基础上，爱因斯坦导出了新的时空坐标变换式——洛仑兹变换式。他在提出狭义相对论之后，发现狭义相对论有一个最大的限制，就是全部理论都限制在惯性参考系中。他为了把相对性原理推广到任意参考系，在1915年提出了广义相对性假说和“等效原理”，创立了广义相对论。

爱因斯坦的《相对论》虽然解决了牛顿理论中的许多困难，却给自己的理论带来了新的问题。其中最大的问题就是“奇点”和与传统哲学原理相悖。

牛顿体系中某些不合理的无限大，说明了牛顿理论在一定条件下就不再适用，相对论中奇点的不可避免，实际上也是《相对论》局限性的一种表现。爱因斯坦本人晚年也是这样来看这些奇点的意义[1]。 几十年来许多有识之士在这方面做了大量的工作，但未能取得根本性突破。

其实，爱因斯坦创立《相对论》理论体系的出发点是完全正确的。他的理论从头到尾都体现了：相对静止物体之间的各种物理量变化规律与相对运动物体之间的各种物理量变化规律是不完全相同的，存在着应该有一个能考虑相对运动之因素的新理论，新公式这样一种新思想。

虽然，爱因斯坦比牛顿多考虑到了一个物体与物体之间的相对运动因素；但是，他仍然忽视了一个重要的相对运动因素——物体在作相对运动的同时，能量（或其它）“载体”还在它们之间高速地作相对运动。即由能量“载体”的相对运动及其速度极限所引起的各种物理量的变化规律问题没有被《相对论》解决。

就因为以上之原因，爱因斯坦推断得出结论：相对运动将引起物体质量的变化。于是，《相对论》中出现了难以想象，难以验证，难以相信，与传统哲学原理相矛盾的许多问题。

想象力固然重要，但实验则更为重要。物理学，实际上是一门实验科学，离开实验为基础所建立的物理学，它不是物理学。在前人工作的基础上，为了提出一个比较系统的物理理论，我收集了近100年来的大量物理实验资料和天文资料。诸如：①在二十世纪初期，匈牙利罗兰德·冯·埃特伏斯等科学家经过二十年的自由落体实验，测得不同的物质具有不同的重力加速度实验[2]；②1975年， 一位英国物理学家用回转器做试验时发现，随着旋转速度的加快，物体的重量逐步失去[3]； ③带电粒子在加速器中被加速的时候，其粒子的最大速度只能趋于光速C， 却不能等于光速C，更不能超过光速C等实验[4]；④奥伯斯佯谬（光度佯谬）[5]；⑤西利格佯谬（引力佯谬）[6]；⑥宇宙背景辐射[7]；⑦水星近日点进动现象[8]； ⑧光线偏折现象[9][10]；⑨天体光谱的红移现象[11]；⑩UFO现象[12]；等实验和天文现象。鉴于存在以上一系列问题，笔者提出了一种新的理论来予以统一解释，并希望将来的实验进一步验证和检验。

2.广义宇宙相对论原理

2.1 基本概念

在宇宙，运动是永恒的，静止是相对的。物体运动的速度极限，取决于其能量“载体”的速度极限。由于客观上存在着相对运动，加之，能量“载体”的传播速度又具有极限，这就造成了物体相对运动与相对静止时各种物理量变化规律有所不同。尚若，能量“载体”的传播速度是无限大的（C—∞）， 则宇宙间（自然界）就不存在相对运动与相对静止时各种物理量的变化规律有什么不同。但是，从宇宙中所观察到的微观物体到宏观物体的实际运动来看，第一，自然界中的“能量载体”不只一种，并且每种能量“载体”的速度极限值不相等；第二，由不同的能量“载体”所驱驶的物体的运动速度极限不同，并且都与能量“载体”的传播速度极限为极限。

物体与物体之间在作相对运动的同时，能量“载体‘还在他们之间高速地作相对运动。即研究同一事件，同时存在由两种或两种以上复杂的相对运动而引起的运动物体的各种物理量变化规律的新理论就是本文的中心论题。

2.2 时空观

研讨物理变化规律，离开了时间和空间都是不可能的，要描述某一物理现象的规律离开了相对的参考系也是无从说起的。广义宇宙相对论依然认为：时间是绝对的时间，永远均匀流逝是客观的，它不以人的主观意志为转移；空间也是绝对的空间，它的存在并不依赖于物体之间的相对运动速度。空间本身与时间本身并无直接的联系，它们之间的联系只有通过研究物体的运动或者事物的发生，发展过程才能建立起来，或者说只有物体在空间里“运动”时才能够将空间与时间联系起来。

2.3 广义宇宙相对论原理

无论宏观世界或微观世界，物体之间只要处于相对静止的时候，他们二者之间所存在的各种物理量（万有引力、库仑力、核力、图像、光波的频率……）都是极大值，随着物体与物体之间的相对运动速度的增加，各物理量均要随之而成比例地减小，当它们之间的相对运动速度达到某个临界值时，各物理量将等于零；相反， 随着物体与物体之间的相对运动速度减小，各物理量均要随之而成比例地增大，当它们之间的相对运动速度趋于零的时候，各物理量都将趋于它们各自的极大值。即广义宇宙相对论原理的数学表达式为：

式中：Gv＝0——表示物体与物体之间处于相对静止时， 某一物理量（如万有引力、库仑力、核力、图像、光波频率……）的极大值；

Gν——表示某一个物理量；由于物体之间以速度ν作相对运动时，客观上所存在着的实有量值；

C——表示物体与物体在作相对运动的同时， 还在他们二者之间作相对运动的能量（或其它）载体的“绝对”极限速度（注：此处C不一定是光速）；

V——表示一个物体与另一个物休的相对运动速度；

x——待定未知数，现在已由实验测出[13][14][15][16][17]。即：

这就证明了爱因斯坦将相对论项用于修正质量随运动的变化

是错误的，而他的修正系数 却是正确的。这就是长期以来《相对论》的错误不易被发现的真正原因，因为一切有关相对论的实验只能检测出相对论修正系数值 的正确与否，却不能直接证明其理论的正确性。

、宇宙相对论万有引力学

自一六六六年牛顿发现万有引力定律至今，万有引力定律一直未被动摇过。现在，人类已经发现了与万有引力有关的六个重要物理实验和天文观测之谜，传统的引力理论尚不能统一解释。经研究发现：它们均是与相对运动有关，并且，经用广义宇宙相对论原理修正后的万有引力定律能够统一解释它们。

3.1 宇宙相对论万有引力定律

任何两个物质的质点都是相互吸引的，引力的大小与两个质点的质量的乘积成正比，与它们间距离的平方成反比；还与它们间的相对运动速度和引力子的极限传播速度有关，并与引力的大力成 倍关系， 并且不同原子结构的物质的万有引力恒量具有稍微不同的量值。即数学公式为：

式中：F——万有引力，单位：牛顿（N）；

fij——万有引力恒量，表示两种不同物质之间的引力恒量，平均值为：6.6720×10-11 ；

mi、mj——分别为质点i和j的质量，单位：kg；

r——两质点间的距离，单位：米；

V——两质点间的相对运动速度，米/秒；

C——万有引力能量“载体”（引力子）的极限传播速度， 根据天文观测光线偏折角实际反算结果为：

C＝2.9979260421×108米/秒，与光速在99.99995％精度内相同；

3.2 对物理实验和天文观测之谜的统一解释

目前，人类已经发现了与万有引力有关的六个重要物理实验和天文观测之谜，传统的引力理论(包括《广义相对论》)尚不能统一解释。下面采用宇宙相对论万有引力定律对它们进行验算和解释。由于篇幅所限，主要作定性分析，对于定量分析只给出结果，略去整个计算过程。

3.2.1关于对不同原子结构的物质具有稍微不同重力加速度物理实验结果的解释：

不同原子结构的物质具有稍微不同的重力加速度，随着原子序数的递增，各物质在真空中的重力加速度逐渐递减。即轻核原子构成的物质，其重力加速度较大；重核原子构成的物质，其重力加速度较小。对这个实验结果作如下解释：由不同元素所组成的物质(单质或化合物)中，质子、中子、电子数各不相同，在轻核原子中和重核原子中，处于同一电子层(或亚层)的电子，因轻、重核的质子数不同，从而导致同一电子层的电子围绕轻、重原子核的旋转速度不同；并且知道：重核原子中的电子其旋转速度较大，轻核原子中的电子其旋转速度较小。由宇宙相对论万有引力定律计算得知：因重核原子中的电子旋转速度普遍大于轻核原子中同一电子层的电子旋转速度，从而得知轻核原子中的电子所受到的万有引力要大于重核原子中的电子所受到的万有引力；如果忽略物体在真空中整体低速(实验时)运动对万有引力的影响；则知，无论重核或轻核中的质子和中子所受到的万有引力是相等的。于是得出结论：轻核原子所构成的物质的重力加速度比重核原子所构成的物质的重力加速度要稍微大一点。因此，由匈牙利科学家罗兰德.冯.埃特伏斯领导的一个科学家实验小组，通过20年的自由落体实验结果用宇宙相对论万有引力定律完全能够解释。

3.2.2关于对1975年，一位英国物理学家用回转器做试验时发现， 随着旋转速度的加快，物体的重量逐步失去等物理实验现象的解释：

回转器是一种高速旋转的仪器，并且这种仪器是一个质体。根据宇宙相对论万有引力定律可知，当它相对于地球的旋转速度V逐步加快的时候，其回转器的重量（万有引力）就应该逐步失去；当回转器的旋转速度V→C(引力子的传播速度)时，其重量就趋于零；当其旋转速度逐步减小的时候，其重量就逐步恢复。关于这个实验可以重复再做一次进一步验证。

3.3.3关于对恒星光线通过太阳的偏折角的验算和解释

(1) 计算简图：见图1；

(2)不考虑恒星光子与太阳的相对运动对其偏折角(θ)的影响，其计算结果为(假设V＝O)：

θ＝14'48.12''>>θ实测＝1.76225"(平均值)，

①结果说明，θ值与过去有人用牛顿万有引力定律计算的结果不相符，但笔者反复检查后，断定过去的计算是有误的，过去计算结果为：θ＝0.85"；②相对运动因素的影响是相当大的， 必须考虑相对运动因素对其偏折角的影响。

(3)考虑恒星光子与太阳的相对运动对其偏折角(θ)的影响，其计算结果为：

①引力子的传播极限速度C值，可以用实测的偏折角θ实测＝1.76225"，用宇宙相对论万有引力定律反推算出来。已知光速C＝2.99792458×108米/秒，太阳绕银心的公转速度V太＝2.5×105米/秒[17]，经计算星恒光子相对于太阳的运动速度V＝2.997926042×108米/秒，并参考计算简图，经数学推导(要用到微分方程和二重积分得)：

如果要求计算精度为1×10-8，则只需考虑到光子在时间t＝245.063 秒内所产生的偏折的累积就行了。将已知的θ、v、t代入方程， 即得到引力子的传播速度C＝2.997926042×108米/秒，在99.99995％的精度内与光速相同。 此结果证明了过去人们对引力子的传播速度的预言。

②如果，已知引力子的传播速度C=2.9979260421×108米 /秒，v＝2.9979260421×108米/秒，t＝245.063秒，则可按上述方程计算偏折角(θ)， 结果为θ＝1.76225"。若认为引力子的传播速度要比光速2.99792458×108米/秒大得多的话，爱丁顿等人所测得的光线偏折角(θ)就不对，应该比1.76225"要大才行。但是，目前已经重测过几次，结果均在1.76"左右。所以， 认为引力子的传播速度与光速在99.99995％的精度内同值，现在还是有依据的。

3.3.4关于对水星近日点的多余进动的验算和解释：

随着观测技术的发展，以牛顿万有引力定律为基础的大行星运动理论逐步暴露出一些不足之处，在实际观测值与理论值之间出现系统偏差,其中最突出的是水星近日点的多余进动43"。

天文学家纽康为统一解释太阳系内几颗内行星的实际运动(多余进动值)，根据实际观测资料，求出了引力应与距离的2+1.574×10-7次方成反比[7]。 但根据宇宙相对论万有引力定律可知，引力仍然是与距离的2次方成反比的。因此，可以断定， 其中万有引力按R 减小的原因，就只有两个。第一个原因，是行星与太阳、 行星与行星之间的相对运动引起它们万有引力的减小；第二个原因，是太阳辐射能量所造成的质量连续损失引起万有引力的减小(根据实验实测资料计算得出， 已发现的最小微粒——光子的质量为6.8668784×10-38千克，电子质量是光子质量的13265903倍，光子质量并不是无穷小)。

经研究计算得出：当计入太阳与水星的相对运动，以及水星与其它几颗内行星的相对运动对水星多余进动的贡献值之后，再计入太阳辐射能量所造成的连续质量损失对水星进动的贡献值时，基本上就能够解释水星的多余进动值——43"。

3.3.5关于对引力佯谬(西利格佯谬)的解释：

宇宙是有限的还是无限的，欧几里德则认为宇宙是无限的。总的说来，欧几里德的观点曾长期地为多数人所接受。[18]

光度学平方反比定律和牛顿万有引力定律问世之后，宇宙无限论遇到了两个非难。其中之一，就是1894年，西利格(Seeliger) 指出的：“如果宇宙是无限的，那么引力场就应当是无限强大”。实际测量又不是无限强大，这就是引力佯谬。根据宇宙相对论万有引力定律公式：

可知：当行星与另一行星的相对运动速度V(t)趋于2.9979260421×108米/秒(引力子的传播速度C)时，万有引力F→O；当V(t)＝2.9979260421×108米/秒时，万有引力F＝O。

研究结果表明：由于行星在自转，行星围绕太阳又在公转，太阳系围绕银河系中心又在公转，………，依次类推下去，并可建立起行星相对于有限远处另一行星的相对运动速度V(t)的函数表达式(一般情况下，V(t) 是一个空间问题：对于特殊情况下，可以简化为平面问题来讨论，经数学推导已经得出V(t)的数学表达通式)。经用电子计算机运算结果表明，当公转角速度叠加N次之后，相对运动速度V( t)之值，并可超过引力子的传播速度2.9979260421×108米/秒(参见笔者撰写的《论天体运动的动力学原理》一文)。因此， 用宇宙相对论万有引力定律完全解决了引力佯谬的困难。

3.3.6关于对宇宙相对论万有引力定律F＝

当r→O时， 引力是否会趋于无穷大(F→∞)的解释：

不探讨原子核更深层的“基本”粒子的运动状态，以及无论“基本”粒子的无限可分性的存在与否，只从公式：

.宇宙相对论电动力学

自一七八五年库仑发现库仑定律至今，它一直未被动摇过。现在，人类已经发现了与库仑力有关的几个重要物理实验，传统的库仑理论尚不能统一解释。经研究发现：它们均是与相对运动有关，并且，经用广义宇宙相对论原理修正后的库仑定律能够统一解释它们。同时，修正后的宇宙相对论库仑定律还是建立精确的物质结构理论－－《宇宙相对论量子力学》的基础。

4.1 宇宙相对论库仑定律

任何两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比，还与两个点电荷间的相对运动速度及电场能量载体（光量子）的极限传播速度有关，并与库仑力的大小成 倍关系， 作用力的方向在它们的连线上。其数学公式为：

式中：

F——电场力，单位：牛顿（N）；

k——静电力恒量，k＝8.991805×109牛·米2/库2;

ε——电介常数；

q1、q2——点电荷，单位：库（C）；

r——两点电荷间的距离，单位：米；

v——两点电荷间的相对运动速度，单位：米/秒；

C——光速，2.99794258×108米/秒；

4.2推论一：电场力－－电场对其中的任何运动电荷都要施以电场力,其数学公式为：

式中：F——电场力，牛顿(N)；

E——电场强度，牛/库；

q——运动电荷，库；

C——2.99792458×108米/秒

v——电荷q相对于电场源的相对运动速度，米/秒;

上式表明:恒电场施给运动电荷q的电场力不是一个恒定力，而是一个随电荷q的相对运动速度v→C时，电场力F→0的变力。

4.3 推论二：磁场对通电运动导线的作用力，其数学公式为：

式中：F——磁场力，牛顿(N)；

B——磁场强度，特斯拉；

I——电流强度，安培；

L——通电导体在磁场中的长度，米；

θ——为I与B方向间的夹角；

C——2.99792458×108米/秒

4.4 推论三：洛仑兹力－－磁场对运动电荷的作用力，其数学公式为：

式中：F——洛仑兹力，牛顿（N）；

B——磁场强度，特斯拉；

q——点电荷，库仑；

v——运动电荷(带电粒子)与磁场源的相对运动速度,米/秒；

θ——为v与B方向间的夹角；

C——2.99792458×108米/秒；

4.5 对物理实验之谜的统一解释

4.5.1关于对在高能加速器电场中带电粒子(如电子、质子) 被加速到的最大速度不能超过光速之问题的解释：

实验已经证明:在高能加速器(直线加速器和回旋加速器 )电场中，带电粒子(电子、质子)被加速的时候，其粒子的最大速度只能趋近于光速C,却不能等于光速C,更不能超过光速C。根据宇宙相对论库仑定律推论一可知，因为当带电粒子之速度V→C的时候，它所受到的电场力F→O，故此时，它的加速度a＝F/m→O，既然其加速度a→O，故其速度随时间变化的增量△V→O。带电粒子的质量根本不会随V→C而变成无穷大。过去在实验中，通过测量电子的荷质比来确定电子的质量，发现其质量的大小与速度有关，其实这个结论是错误的。实验数据本身无错，但是，在处理实验数据的时候，忽视了仪嚣所记录的频率( f)已经计入了相对运动引起的频率减小因素( 或已经计入了相对运动引起电场力的减小因素)；从而造成了计算错误。电子荷质比的正确计算公式应为(邓宁顿法)：

4.5.2 关于对被加速的带电粒子在匀强磁场中做园周远动的轨道半径和周期的讨论：

根据在匀强磁场中运动着的带电粒子所受到的洛仑兹力为F＝ ,这洛仑兹力就是维持园周运动的向心力

故，其轨道半径为：

上式表明，在匀强磁场中做匀速园周运动的带电粒子，它运动的轨道半径跟粒子的运动速度成正比，并且当V→C时，R→∞。即粒子的运动速度趋于光速时，粒子的运动轨道就趋于直线(或就是直线)。这一点已克服了传统理论中的困难。传统的理论认为：带电粒子在洛仑兹力的作用下轨道半径与其运动速度成正比，加之粒子的运动速度不会超过光速；因此，半径R就不会为无限大，即带电粒子就不会成螺旋线运动，更不会成直线运动。这一点与实验是相矛盾的。实验已经证明：①带电粒子的运动轨道是随其运动速度的加快，半径逐步成螺旋线加大的；②当粒子的相对运动速度V→C时，其粒子将脱离园周运动，而成为直线运动。所以，只有考虑到宇宙相对论之后，方能圆满地解释其实验结果。

带电粒子做园周运动的周期为

可见与传统的看法不一样，带电粒子在匀强磁场中做园周运动的周期，跟轨道半径和运动速度是有关的。随着粒子运动速度的增加，其园周运动的周期也随着增大，当V→C时，其周期T→∞，即这时，粒子成直线运动。

其它一些电动力学问题留给专业书去论述。总之，广义宇宙相对论原理引入电动力学之后，包括麦克斯韦方程在内的经典电动力学定律中的一些严重困难已经迎刃而解了。

、宇宙相对论电磁波谱学

人类对磁现象的认识亦有悠久的历史。经过法拉弟、麦克斯韦、伦琴、J.J.汤姆逊、卢瑟福、维拉德等科学家的工作，确认了：热辐射、电磁波、光波、x 射线、r射线都是电磁波，只是频率不同。然而，热的本质是什么？这个问题， 又是人类最早接触到，也是人类最后弄清楚的一个问题，热的本质不是分子的运动，而是电磁波。这一结论为电磁波的家族又添了一个新成员，并实现了自然科学的又一次大综合，这一点将在“宇宙相对论量子力学”中讨论、证明。

5.1 宇宙相对论电磁波频率定律

质点发射电磁波的频率大小，与电磁波能量载体——光子相对静止时的极限传播速度c有关，与观测者的相对运动速度有关，并与电磁波的频率成 倍关系；与质点所处的能量状态及施给其外力的强度有关，并成正相关关系，即数学表达式为：

式中：

γ—质点以速度v相对于观测者运动时，其发出的电磁波的频率，单位：赫兹；

γ0—质点与观测者相对静止时，其发出的电磁波的频率，单位：赫兹；

v—质点（如电子等）相对于观测者的运动速度，米/秒；

C—光速，2.99792458×108米/秒；

5.2 推论一：氢原子光谱电磁波频率公式：

推论二：氦原子（或氦离子）光谱电磁波频率公式；

式中：

γ——电子发射电磁波的频率，赫兹；

me——电子质量，9.109558×10-31千克；

e——电子电荷，1.6021917×10-19库；

h——普朗克常数，6.62616×10-34焦·秒；

R——里德伯常数，1.09737177×105厘米-1；

v——电子与观测者的相对运动速度，米/秒；

z——元素原子序数，1，2，3，……

C——光2.99792458×108米/秒；

5.3 宇宙相对论里德伯常数定律

由于电子围绕原子核在作相对运动，所测得的里德伯常数与里德伯常数的理论值有一差值，这一差值可用宇宙相对论项来修正。并据此，可以测算出电子的瞬时运动速度之值。这一定律叫做宇宙相对论里德伯常数定律（为纪念科学家里德伯先生而命名）,其数学表达式（公式一）为：

式中：

V——电子围绕原子核的旋转运动瞬时速度，米/秒；

R实——里德伯常数的实测计算值，厘米-1

R理——里德伯常数的准确值，1.09737177×105厘米-1；

C——光速，2.99792458×108米/秒

推论：宇宙相对论里德伯常数定律（公式二）（原子内电子运动轨道半径的实测计算公式）：

R=28.24382479×10-16

式中：R——电子围绕原子核运动的轨道半径，米；

R实——里德伯常数的实测计算值；厘米-1

Z——原子序数，1，2，3，……

注：（公式二）适用于Z＜20的元素；其它元素，由宇宙相对论量子力学定律推导出精确计算公式，以确保测量精度。

.氢原子内电子的运动速度和轨道半径的实测

6.1 电磁波能量“载体”——光子质量的实验测定

6.1.1 光量子概念的形成

为解释黑体辐射问题，普朗克借助维恩位移定律断定，不同频率振子的能量单元不具有同样的大小，它们的大小是和频率γ成比例的，其比例常数为h 称之为“作用基元量子”，或称为“作用量子”，我们称为普朗克常数。这时，能量子ε， 即振子各能级的差就可表示成：ε＝hγ

这就是著名的普朗克关系式。他于1900年12月14日，在德国物理学会的会议上公布了他这个与经典观念极不一致的结果，终于打破了认为“自然无飞跃”的古老观念，开创了物理学的又一个新时代——量子论时代。

普朗克已经敲开了量子世界的大门，他完全可以大胆地闯进门去，摘取更多丰硕的果实。他不仅可以利用量子概念解释黑体辐射现象，而且还可以进一步把这个概念用到其他的研究领域，解释更多经典理论难以解释的事实，预言更多的新现象。可惜的是普朗克犹豫了，他

三、相对论到底是讲什么原理？

1、相对论有狭义和广义之分，狭义相对论是关于时空的理论，广义相对论是关于引力的理论。

2、狭义相对论有两个基本假设：（狭义）相对性原理和光速不变原理，这是相对论的基础，从根本上否定了经典的绝对时空，狭相所有结论都能从这两个原理推导得到。狭相基本结论：时空间隔不变性，长度收缩，时间膨胀，质能方程。

3、广义相对论破除了惯性参考系的约束，得到：广义相对性原理和等效原理。最主要的思想是加速度和引力场的等效，惯性质量和引力场的等效。广相基本结论：核心结论是爱因斯坦场方程，把引力描述成时空的几何效应，即引力=时空扭曲。

4、相对论贡献：最主要的贡献是彻底革新了我们的时空观，其次，狭相是研究高能粒子、辐射等等的必要支柱；广相是研究和探索宇宙的重要工具，最主要体现在黑洞的研究上。

5、近代发展：狭义相对论已经融入到微观领域，与量子场论等其他学科一起构建起了标准模型，这是理论物理界的一项创举；另外，广义相对论仍然是当今描述引力最成功最经典的理论。标准模型和广相一起成为当今理论物理的两大支柱。