爱因斯坦的相对论，大多数人都会有这样的误解，你也有吗？

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大多数人都理解反了爱因斯坦相对论的逻辑。不幸的是，这个逻辑的反转正是爱因斯坦的独创性的立足点，也是因为这个，他果断地与洛伦兹，庞加莱，菲茨杰拉德，海维希德和其他在他之前便拥有部分理论成果的人断绝关系。

错误地理解相对论的逻辑还导致人们担心相对论中没有明确解释时钟是如何变慢的，或是为何米尺会缩短。同时，他们还想知道为何物理学家们总是对狭义相对论的特定理论如此确信，尽管同时，有不少其他的已被代替。

通常情况下，在解释相对论和其他大部分理论有何不同时，爱因斯坦自己心如明镜。

“我们可以区分出许多种物理理论，其中大部分是建构式。它们试图从一个相对简单的方程式出发，来描绘出更为复杂的现象。因此，气体动力论试图减少分子运动的机械性质、热学和扩散过程，例如从分子运动的假设出发。当我们说我们成功地理解了一组自然过程，我们总是认为一个建构式理论已经被发现来解释这些过程。

除了这一类最重要的理论外，还有第二种理论，我也称它为‘原理式理论’。这种理论采用的是分析而非综合的方法。它的基础和出发点不是假设的原理，而是靠经验得出的自然过程的一般特征和产生数学公式标准并且每个自然过程和它们的理论也必须满足的准则。

因此，热力学通过分析的方法，从普遍经验的事实，即永动是不可能的，推导出必要的条件，这些条件是独立的事件必须满足的。构建式理论的优点在于完整性、适应性和清晰的条理，而原理式理论的优点则在于其完美的逻辑和可靠的基础。

相对论则属于后者。”

构建式与原理式相对的方法是爱因斯坦思想有别于其前辈的地方。洛伦兹、海维希德和庞加莱在试图解释以太漂移实验的无效结果时，将已知物理理论的构建式理论组合在一起。也就是说，他们研究了在以太的静止框架中构造的电磁学方程，然后计算出像带电球体这样的物体在以太中受到激发时可能会改变形状（由此推出洛伦兹收缩等现象）。

爱因斯坦所做的则完全不同。他没有从以太框架中构建的物理定律入手，也没有用它们来构建微物理结构来解释该框架的不可探测性，而是把整个问题反转了过来。也就是说，他假定这种不可探测性的确是普遍的，它确实是自然法则的一部分，并把它提升到为一种原理。有了相对论的原理，有了光的假设，爱因斯坦继续推导出这两个特性对于物理定律意味着什么。在其1905年的论文中，构建起所有以上内容只用了一页，剩余其他的部分则用来推导结果，这些结果之后在力学和电动力学中都十分普遍（当时主要的构建式理论）。

数学家应该认识到爱因斯坦的原理方法与他们处理的逻辑结构相似。基于一些前提，他们可以得出概括性的结论，这些结论只有在这些前提的领域才是准确有效的。典型的例子当然是欧几里得几何学（讽刺的是，相对论最终还是引导了爱因斯坦）。

民间流传的说法是，爱因斯坦的举动一开始令“建设者”感到震惊。庞加莱曾讽刺地说，爱因斯坦只是因为假设了他和其他人想要证明的东西而受到赞扬。无论这是不是最初的反应，几年之内，他们就理解并开始欣赏起了爱因斯坦的方法的力量。洛伦兹还明确地把功劳归于爱因斯坦，因为他推动了这种概念上的转变，并能够带来这么多深远的影响。

爱因斯坦与热力学相似的观点是有帮助的，因为它给出了一个例子，一个原理式理论是如何强大，并且保证在它周围的物理学发生巨大变革时仍然有效。

卡诺特和克劳修斯在构建热力学时，没有考虑任何气体或物质的微观物理理论。他们完全不知道微观物理学是什么，他们把他们的理论建立在四个原则上（三个定律加上所谓的第零定律），并且要求我们接受这些原则。他们展示了一个人如何能够推导出任何涉及热的过程的许多预测，而不考虑微观物理学。这些最初的理论之所以被认可，仅是由于它们表面上获得的成功。这是一个巨大的优势，因为热力学能够通过气体动力学理论，原子理论，量子革命的创新来保持它的有效性，现在正被应用到像黑洞这样的奇异物体上。热力学本身并不关心我们现在可以在它下面用统计力学来解释许多物质。但有趣的是，我们可以这样做，这是很有价值的工作，但它与热力学逻辑无关，只要它的四个原理是有效的即可。

与相对论的相似之处应该是显而易见的。爱因斯坦提出了他的两个原理，并利用它们推导出任何物理过程的各种结果，这些物理过程涉及到相互之间相对运动的物体。同样，这个推理完全独立于微观物理学。没有人需要确切地担心是什么微观物理过程使米尺缩小，或使时钟运行得更慢。解决这些问题固然很有趣，但构建这些解释并不是理论的逻辑。作为一种原理式理论，该理论认为，只要这些原理是合理的，任何能够作为测量米尺或时钟的物体都必须按照爱因斯坦的描述来工作，不管它是如何建造的，或者在原子水平上发生了什么。因为如果不是这样，就有可能区分出一个惯性系和另一个惯性系。因此，爱因斯坦的逻辑在量子革命、量子场论以及在可预见的未来的任何新物理学中都保持着活力。

那些不承认相对论是一种原理式理论的人可能会感到相当困惑，物理学家准备把几乎一切都押在一个世纪之久的洛伦兹协方差概念的持续有效性上，而表面上类似的（构建式）理论却不断地被取代。这是有区别的。

值得注意的是，爱因斯坦也是从构建式的方法开始的，但最终意识到没有任何进展。这就导致他开始寻找更有效的方法：

“渐渐地，我对通过基于已知事实的构建式努力来发现真正规律的可能性感到绝望。我越尝试，便越绝望，同时我就越相信，只有发现一种普遍形式的原则，才能使我们得到确定的结果。在我之前的例子就是热力学。”

虽然这句话的版本经常被重复，但我找不到庞加莱说或写这句话的来源。我能找到的最接近的是洛伦兹的一句话，但这是在他赞扬爱因斯坦的背景下，并承认他的方法更为有效。如果有人知道可靠的消息来源，请告诉我。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. forbes-忙碌的北门

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