科学认识君的《通俗物理100课》系列

【第6课：相对论的哲学意义】

今天写这篇文章，主要是回怼借相对论的名义而狐假虎威的民哲。以下文章的主要观念来源于1965年诺贝尔物理学奖得主费恩曼。这也是科学家对某些哲学派别的回应。

费恩曼

关于绝对运动和相对运动的争论最早发生在哲学界。其背后关联的理念分别是绝对真理主义和相对真理主义。

朴素的思想观点一般认为世界存在着绝对运动。这一观念曾在哲学界占据了很长时间。之后，笛卡尔的主观唯心论在哲学界引发了普遍怀疑的“地震”。

笛卡尔认为，不同的人对同一件事物的认识是不一样的，即便是确定的颜色，在不同人的眼中也是不同的，比如色盲。而我们以经验建立起的知识却来源于感官对客观世界的认知。人的感官并不靠谱，所以我们必须怀疑，不仅要怀疑感官，还应该怀疑以感官为基础建立的知识，包括数学等。唯独“我思故我在”的思想不应该被质疑，不管你是唯心还是唯物，这一点是毋庸置疑的。笛卡尔的普遍怀疑仿佛让世界瞬间失去了绝对真理，这种相对主义的思想也在此后的自然科学中引起对绝对运动的怀疑。

与此同时，绝对运动和相对运动在物理界也是争论不休。

牛顿力学有参照物的概念，认为判断一个物体的运动状态可由参照物的选取来决定。乘坐在汽车上的人相对于司机是静止的，但相对于路面上的某棵树而言就是运动的，这种简单的参考思想其实就是伽利略的相对性原理。

虽然牛顿惯性定律建立在伽利略的相对性原理之上，可牛顿并不认为世界不存在绝对运动。在牛顿眼里，绝对运动才是普遍的，相对运动只是局域性的。

牛顿引入了以太的概念，认为这玩意均匀充满了整个宇宙，并且规定以太绝对静止。所有的物体相对于以太都有一个绝对运动。而物体的相对运动只是相对于某一个参照物而已。牛顿曾经还试图用水桶旋转实验验证绝对运动，然而这个实验并不具有说服力。

水桶实验

牛顿死后，他的绝对运动思想遭到了马赫的强烈批评，马赫认为牛顿的绝对运动观念是偏见。牛顿偏见于绝对运动，做的水桶验证实验也是漏洞百出。

这种主观臆测的思想并不可靠。马赫对牛顿的批判受到了哲学界相对主义者的欢迎。

爱因斯坦的相对论发表之后，部分哲学家激动的难以言表，在他们看来：“我都说了，相对运动没有错，你们都看看广受好评的相对论，不就告诉我们，物体的运动是相对的，一切都是相对的”。哲学家可以不假思索地作出以上判断。

爱因斯坦

可光速不变原理又让哲学家失落。如果按照哲学家理解的那样，为什么在一辆以10m/s速度行驶的车上发射出一条光线后，其速度依旧是光速而不是光速加上汽车的速度？

如果有个哲学家足够聪明，他会继续解释到：“嗯，光速的确是不变的，即便光源如何运动，但是光速却可以表达为空间除以时间，光速不变则暗示时间和空间相对应地发生了改变，所以时间和空间就是相对的”。哲学家这样解释一通会瞬间窃窃自喜，因为光速不变只能引申出时空的相对性，所以一切还是相对的。

我们来看下一个场景，宇宙飞船里相对于地球做80%光速的飞行。按照相对论的结论：在地球人看来，宇宙飞船的时间变慢了，飞船内部的宇航员却无法感知自己的时间流逝变慢。同理也可以得出，观察者所在角度的重要性，地球人相对于宇航员来说，其时间概念是完全不同的。所以一切又是相对的。哲学家又兴奋了一次。

按照相对论，宇航员驾驶以光速80%恒速运动的飞船，如果他不向外看，那么就无法判断自己是否在运动。只有向外选取某一参照物，比如某颗恒星，才能根据自己与其位置的变化得出自己运动或静止的结论。判断自己运动与否必须选取参考系，不然无法判断。所以一切都是相对的，哲学家继续欢喜着。

一切真的都是相对的吗？

能不能把我放在一个密闭的空间里，而不向外观察就能得知自己的运动状态呢？

如果宇航员眼闭着，随便操作驾驶舱，突然他撞到了后面的座椅上，头破血流的。这时候他终于可以不用选取参照物而得知自己的运动状态了。因为宇航员在瞎操作的时候，开启了发动机，导致其飞船加速运动。

那么他就可以断定出飞船的确在运动。所以我可以不用选取参照物来判断我的运动状态。这一次哲学家不再开心了。

物理定律告诉我们：相对运动只是相较于惯性运动成立，也就是说如果物体匀速直线运动，只能通过选取外在的参照物来判断自己的运动状态，如果并非匀速直线运动，那我们可不必相对与外物而判断自己的运动状态。所以“一切都是相对的”并不适用于做非线性加速运动的物体。

当然相对性原理还是有很大实际作用，我不是否定相对性原理，我只是借此质疑“一切都是相对的”的观念。

相对论告诉哲学家，基础观念并不是就一定正确。牛顿力学的绝对时空观也是朴素的基础思想，不也是错误的！类似于“一切都是相对的”基础观念或许只适用于特定条件，有时候这个特定条件的范畴很大，导致我们很难证伪，以至于我们把只适用于某一特定条件下的基础观念奉为真理！

爱因斯坦讲述相对论

相对论还告诉哲学家，不要总是以观念干涉现象，而是应该以事实为基础来审视观念。不要总是抱着“一切都是相对的”的观念，就推断出所有任何运动都是相对的结论。我们应该先研究运动现象，包括加速，运动等，再通过归纳现象来检验观念。