爱因斯坦到底是如何提出相对论的？很多人都有误解！

毫无疑问，爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家，他不仅提出了伟大的相对论，同时也是量子力学的奠基人之一，而相对论和量子力学正是现代物理学大厦的两大基石。

相对论已经诞生了一百多年，但是不少人并不了解爱因斯坦到底是如何提出相对论的，再加上相对论推导出来的很多结论完全颠覆了我们的传统认知，网络上存在着很多对相对论的误解，这种误解在各种以讹传讹的背景下，很多人都被洗脑了，以至于对相对论的误解越来越深。

所以，很有必要再次科普一下爱因斯坦创建相对论的过程，避免更多的人产生误解。

简单说，相对论的提出并不是通过实验推导出来的，而是通过实验思想和数学推导出来的，说白了，相对论体现出来更多的是爱因斯坦的天才大脑和颠覆性的思维。

我们都知道，在相对论问世之前，牛顿经典力学完全统治了物理学界，而经典力学是以绝对时空观为背景的，绝对时空观很符合人们的日常生活体验，所以很容易被大众接受。

到底什么是绝对时空观？简单来讲，时间和空间都是绝对不变的，不会受任何外界因素影响。

比如说，一秒就是一秒，任何人在任何地点，在任何运动状态下感受到的一秒都是相同的。还有，在绝对时空观下，物体的运动速度都是相对的，也是可以叠加的，而且都需要有合适的参照物才有意义。没有参照物的速度是没有意义的。

我们平时所说的速度基本都默认地面为参照物，而不会刻意指明地面为参照物。

但是爱因斯坦发现了一个例外，他发现麦克斯韦方程组推导出来的光速计算公式中，光速并没有参照物，而是一个常数，光速的大小只与真空的介电常数和磁导率有关。

当时的爱因斯坦远没有如今这么伟大，只是一个专利局的普通职员罢了，但是他对麦克斯韦方程组非常痴迷，他注意到了麦克斯韦方程组与牛顿绝对时空观有不协调的地方，这个不协调的地方就是光速的特殊性。

从麦克斯韦方程组方程组推导出来的光速公式中可以看出，光速是绝对的，并不需要参照物。这意味着什么？

意味着光速在任何情况下都保持不变，言外之意，任何速度与光速叠加之后仍旧保持不变，仍旧是光速。显然，光速的这种特殊性与牛顿绝对时空观完全相悖。

举个例子，你驾驶一辆小汽车，汽车的速度为V，这时候你打开车灯，我站在街道两边的人行道上静止不动。

在我眼里，车灯发出的光的速度是多少呢？

按照牛顿绝对时空观，车灯发出的光的速度应该是汽车速度加上光速，也就是V+C，但事实并非如此，仍旧会是光速C。

这样的结果说明一个问题：牛顿的绝对时空观与麦克斯韦方程组必然有一个是错的，因为两者是矛盾的。

到底哪一个错了呢？

在当时的物理学界，牛顿和麦克斯韦都是物理学界大佬，牛顿经典力学统治了物理学界几百年，而麦克斯韦方程组又堪称人类历史上最伟大的方程组，物理学界大佬谁都不想得罪，也不敢得罪？

但问题总得解决，怎么办呢？

当时的物理学界大佬开始想尽各种办法协调两者之间的矛盾，做出了各种假设试图让牛顿经典力学与麦克斯韦方程组变得协调起来，而“以太”的概念正是在这种背景下诞生的。

以太，是一个假设的概念，被认为是绝对静止的参照系，在宇宙中无处不在，也是光速的参照系。如果以太真的存在，牛顿经典力学与麦克斯韦方程组之间的矛盾就解决了。

于是，物理学家们开始通过实验寻找以太存在的证据，但结果不但没有找到任何证据，反而所有的实验都指向了一个结果：以太并不存在。迈克尔逊莫雷实验就是最典型的例子。

说到这里，有必要强调一下，迈克尔逊莫雷实验并没有证明光速不变，只是为了寻找以太存在的证据，结果只是证明以太并不存在。而迈克尔逊和莫雷两人无论如何都不能接受这样的结果，因为牛顿经典力学在物理学界的统治力如此根深蒂固，几乎所有的物理学大佬都无法接受牛顿经典力学被推翻的结果。所以迈克尔逊和莫雷坚持认为是实验本身出了问题，可能是实验不严谨造成的，也可能是外界干扰造成的。

他们甚至根本就不会去想光速真的是绝对的！

但是，随着越来越多的类似实验都表明以太确实不存在，牛顿经典力学与麦克斯韦方程组之间的矛盾越来越突出，怎么解决呢？

当时的物理学界打死都不敢承认牛顿经典力学的局限性，甚至想都不敢想，因为牛顿经典力学统治了物理学界几百年了，物理学大佬们早就视牛顿经典力学为神明，怎么可能说推翻就推翻？如果推翻了，意味着刚刚建立起来的物理学大厦就得彻底推倒重建，这是他们无论如何都不能接受的。

是时候爱因斯坦站出来了！

爱因斯坦拥有异于常人的天才思维，他发现了一个很明显的事实：以太的概念本来就是假设的，而且如此多的证据都表明以太并不存在，如此以来就没有必要对一个假设的概念如此执着了。

于是，秉承着“如无必要勿增实体”的观念，爱因斯坦用“奥卡姆剃刀”果断地把“以太”咔嚓掉了，提出了光速不变原理。

何为光速不变？开头也说了，光速是绝对的，不需要参照系，或者说在任何参照系下，光速都保持不变。当然也可以认为光速的参照系就是时空本身，严格来讲是四维时空。

于是，在光速不变原理和狭义相对性原理的基础上，爱因斯坦提出了伟大的狭义相对论。

其实，光速不变原理并没有什么特别的地方，因为这个原理本身也是假设，本质上也是公理，公理就无需证明，也没有办法最终证明。

说白了，光速不变原理与以太的概念是一样的，都是假设。不同的是，光速不变原理符合实验结果，而以太与实验结果相悖，仅此而已。

其实，科学的本质就是假设，只不过这个假设不同于平时我们所说的假设，是在大量观测和实验基础上做出的假设。提供某种假设之后，不断进行验证。但由于科学具有可证伪性，所以，任何假设都无法最终证明。

狭义相对论的基础的惯性系，而现实中并不存在绝对的惯性系，所以后来的广义相对论把惯性系扩展到了所有参照系。也就是说，狭义相对论和广义相对论本质上并没有差别，只是适用范围不同。

说了这么多，能够看出，相对论的提出完全建立在爱因斯坦那颠覆性的思维上，与实验几乎没有任何关系。通俗来讲，相对论就是爱因斯坦“想”出来的。这也难怪在爱因斯坦刚刚提出相对论时，遭到了物理学界的普遍反对和质疑。

不过相对论经受住了外界的质疑，并且在质疑声中不断得到验证，直到今天成为物理学大厦的两大基石之一。

最后说一点，其实在爱因斯坦提出狭义相对论之前，洛伦兹和庞加莱等物理学界大佬隐隐约约已经看到了狭义相对论的雏形了，就差捅破一层“窗户纸”了，这这层窗户纸就是“绝对时空观”。两人始终不愿方式绝对时空观，以至于虽然与狭义相对论无限接近，但最终还是遗憾错过了！