內容來源：本文為公眾號 混沌大學（ID：hundun-university）原創首發，筆記俠經授權發布，轉載請聯系原公號進行授權。

封面設計& 責編| 子墨

第 4421 篇深度好文：3814 字 | 7 分鐘閱讀

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精華筆記·思維方式

本文優質度：★★ ★ ★ ★+口感：車厘子

筆記君邀您閱讀前，先思考：

• 真的存在絕對時間嗎？
• 對于矛盾問題，如何有效解決？
• 你如何看待愛因斯坦的相對論？

到底要不要講相對論？這件事讓我有些猶豫，它太燒腦、太難了。

想了很久，我還是決定要講——相 對論是人類運用哲科思維，所能達到的最極致狀態。宇宙有整整137億年歷史，而愛因斯坦用一個方程式解釋了它。

一、絕對時間真的存在嗎？

有這樣一個故事。19世紀的最后一天，歐洲頂級科學家開了一個大會，當時最受尊敬的開爾文勛爵說，“ 物理學的大廈已經落成，只剩下一些裝飾工作。”

言猶在耳，僅僅五年以后，26歲的愛因斯坦發表了5篇顛覆性的論文，開辟了如今的整個時代。那一年，也被稱為愛因斯坦奇跡年。

1.打破隱含假設：牛頓和麥克斯韋矛盾了

首先，如果我們想理解偉大的科學家，就必須理解一個英文詞匯， Unification，合一。

對于頂級科學家而言，打破二元分立，找到一個更加底層的理論，是一生當中最榮耀的時刻。

愛因斯坦之前有兩次大統一，第一次是牛頓用萬有引力這樣一個方程式，同時解釋了天上和地上的運動定律。第二次是麥克斯韋提出一組極其簡單的方程統一計算電和磁，并且指出光也是一種電磁波，給了光速一個常數。

愛因斯坦的所有工作，都起始于他發現，在解釋光速這個現象的時候，牛頓和麥克斯韋出現了重大的邏輯失洽。

無數科學家看到這里面的悖論，但視之不見——牛頓和麥克斯韋各管一塊，為什么非要把它合在一起？

但是，這個矛盾突讓愛因斯坦精神緊張、坐臥不安，他一定要解決這個問題。

2.重建基石假設：光速不變

破界創新的第二步，是重建基石假設。狹義相對論建立在兩條基石假設之上，充分運用了公理化思維：

① 第一條基石假設：對稱性定律，這是物理學中定律的定律

愛因斯坦把伽利略的對稱性定律拓展，提出相對性原理——所有自然定律，包括引力、電力、磁、光在一切勻速參照系當中，都保持不變。

一切自然定律，包括引力、電力、磁、光在內，在一切勻速參考系下都保持不變，這一條叫相對性原理。

② 第二條假設：光速不變原理

光速不變，在任何勻速參考系下都不變——這件事愛因斯坦想了10年。

光速恒定假設之于愛因斯坦，猶如慣性假設之于牛頓，是人類精神最偉大的成就。

因為在牛頓經典力學里邊，速度是時間的函數，不管運動速度快慢，時間都是不變的。

但愛因斯坦說，如果光速是絕對的參考系，那光速就不能用時間來衡量。反過來說，時間應該由光速來計算。

運動速度越快，時間就越慢——這個說法在現實世界當中，我們是不是無論如何都不會接受？

我們大家的時間觀，是牛頓的絕對時間觀。我們相信時間就像河流一樣在流動著，是運動的參考系，所以稱它為絕對時間。

但是，如果邏輯和現實出現悖論，光速和時間之間發生悖論的時候，你相信光速是絕對的，還是相信時間是絕對的？

這個問題擺在26歲的愛因斯坦面前，他說，“ 如果邏輯和現實矛盾，那就改變現實。”

他從麥克斯韋方程和相對性原理出發，得出光速是絕對的。如果光速是絕對的，時間就是相對的。

然后，在沒有任何證據的情況下，愛因斯坦悍然宣布，時間至高的絕對地位被下移了，光速才是運動、時間等其他所有東西的絕對參考系。

這是愛因斯坦狹義相對論最重要的內涵。

一個典型的例子是，在電影《星際穿越》中，主人公從地球出發之前，女兒十來歲，但是等他再回來時，他依舊年輕，女兒卻已經垂垂老矣。

二、引力存在嗎？

狹義相對論沒有徹底推翻牛頓力學，這個任務留給了廣義相對論。

我們知道，牛頓運動定律有兩個邏輯奇點，慣性和引力。但是，慣性和引力之間是什么關系？引力到底是什么？這留下了很多謎團。

我們同樣用破界創新三步驟來看。

1.打破基石假設：引力存在嗎？

引力是否真的存在——這個問題是不是聽上去很無理？牛頓整個力學就是關于引力的力學，愛因斯坦居然問引力是否存在，這非常霸道。

而愛因斯坦說，不對。根據牛頓力學，引力是遠距離的、瞬時超光速的一種作用力。可是根據狹義相對論，任何物體的運動速度都不能超過光速。

很顯然，這里出現了邏輯失洽。

2.重構基石假設：等效原理和最小作用量原理

廣義相對論建立在兩條基石假設和兩條基本原理之上。

定律的定律——對稱性；

等效原理。

定律的定律——對稱性；

等效原理。

牛頓力學的兩大奇點：一個是慣性，一個是引力。

回憶兩個基本的物理學定律：地球對我們的引力，我們用G=mg這個方程。加速中的慣性力，用F=ma這個方程。

引力和慣性力是兩種力，都跟質量有關系，為什么一個質量產生了兩種力？

為了回答這個問題，愛因斯坦做了一個思想實驗。他回憶說：

1907年的某一天，我正坐在伯爾尼專利局的辦公椅上的時候，一個思想突然出現在我的腦海當中：如果一個人自由下落，那么他將感受不到自己的重量。

1907年的某一天，我正坐在伯爾尼專利局的辦公椅上的時候，一個思想突然出現在我的腦海當中：如果一個人自由下落，那么他將感受不到自己的重量。

這句話到了愛因斯坦腦子中，他嚇了一大跳，就此得出一個偉大的等效原理：在上面的兩個方程里，引力質量和慣性質量等效，所以引力和慣性效應是一回事。

繼續做思想實驗。你想象一個火箭以加速度往空中去飛，一束光射向這個火箭艙，從一側進入，又到達了另一側。

在這個過程中，火箭在往前運動，所以光在經過火箭艙的時候，發生了什么？偏折。

所以，光在加速參考系當中的運動路徑是彎的。

圖片來源于pexels

如果引力場和加速場等效，光經過加速參考系時會發生彎曲，那么光經過引力場的時候，也會發生彎曲。

舉個例子，太陽是引力場，光經過太陽的時候，如果引力場和加速參考系等效，那么經過太陽的時候，光會發生彎曲。

愛因斯坦說，這是我一生當中最幸福的思想——光經過太陽的時候會發生彎曲。

③ 最小作用量原理

接著，他又引入物理學中另外一個規律的規律，最小作用量原理。根據最小作用量原理，光在兩點之間運動，要走所需時間最少的路徑。

又根據等效原理，光在引力的影響之下發生彎曲，那么說明在引力場當中，兩點之間最短的距離是曲線。

這里又出現了一個悖論，根據現實，兩點之間直線最短。而根據愛因斯坦的邏輯推演，兩點之間曲線最短。

邏輯與現實發生矛盾，怎么辦？

愛因斯坦說，純邏輯沒問題。如果邏輯和現實發生矛盾，那就改變現實。

兩點之間直線最短，背后的隱含假設是，空間是平直的，才直線最短。如果事實是兩點之間曲線最短，那只能打破這個隱含假設，推出一個新的關于時空的假設出來——時空是彎曲的。

你能想象一條彎的直線嗎？沒問題吧。一個彎的平面呢？是不是把一張紙折一下，也沒問題？但如果想象自己生活的三維空間，是彎曲的呢？

到這里為止，愛因斯坦都在進行哲學思考。如果變成科學，需要用數學公式來表達這個推論。

于是接下來愛因斯坦遇到一個新困難，他缺數學表達公式。如果表達平直空間的數學是歐式幾何，現在他需要表達一種彎曲的空間，而且是一個四維的時空。愛因斯坦本人并不了解數學，他去找他數學家朋友，說我需要一個彎曲空間的幾何，有沒有？

他的朋友翻箱倒柜，找到了一兩百年以前，一個叫黎曼的人。

黎曼幾何是一種非歐幾何，非平面幾何，恰恰可以表達時空彎曲，而且可以表達任意維度的時空。但當時他寫出這個幾何的時候，大家并不認為彎曲空間存在，所以他的公式就被鎖在抽屜塵封起來，落滿了灰塵。

直到后來，黎曼幾何被愛因斯坦發現，他得出了這個方程：

圖片來源于unsplash

3.推導第一性原理：引力不存在

接下來，終極問題來了，牛頓力學當中的引力究竟是什么？

根據牛頓力學，引力是真實存在的。愛因斯坦推出上述方程之后，則大膽得出一個推論，地球之所以繞著太陽運行，不是因為太陽對地球的引力，僅僅是遵循最小作用量原理，兩點之間曲線最短，太陽讓自己周圍的時空場彎了，地球恰好處于這個時空場當中，要按照彎的路徑去走而已。

所以萬有引力根本不是真正的力，而是時空彎曲的表現。行星繞著太陽運動是慣性運動，地球上的物體自由落體運動也是慣性運動。

物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動，這句話用來形容愛因斯坦的廣義相對論再美妙不過了。

提出假設之后，應該如何驗證？

愛因斯坦讓大家去做檢驗，他說光經過太陽之后要發生彎曲，他計算一個角度出來，然后讓天文學家們去觀察。

1919年那一年，英國天文學家愛丁頓去觀測后，面對著高懸的牛頓照片宣告說，尊敬的牛頓爵士，您錯了，愛因斯坦對了。

那一刻，愛因斯坦封神。宇宙有137億年的歷史，銀河系又是整個宇宙里兩三千億個星系之一，地球連灰塵都算不上。而他居然用公式，把整個宇宙137億年的歷史解釋了出來。

愛因斯坦有句名言—— 這個宇宙最不可思議的是，它居然是可以被理解的。

三、小結

再回憶一下，愛因斯坦相信：

邏輯優先于現實，只要邏輯上成立，現實當中就一定會發生。

邏輯優先于現實，只要邏輯上成立，現實當中就一定會發生。

然后，愛因斯坦也是一個破界創新的工作者。破界創新中最難的一步，是看到祖師爺邏輯里的破綻。愛因斯坦精準地找到了牛頓力學中的破綻，打破邊界推導出了廣義和狹義相對論。

人最怕的是二元對立，非黑即白，非左即右。就像在一條線上，我從這邊來，你從這邊來，撞個頭破血流沒有必要，你只要把線變成平面，就解決了問題。所以，你需要通過升維，來解決二元對立問題。

哲科思維幫助愛因斯坦找到宇宙當中的萬物至理，我不知道你是否同意，可否把這種理性的精神推揚到商業當中去呢？

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