假如相對論被推翻，世界會崩潰？絕不會，科學會變的更完美

2020-10-18 星辰大海種花家

這個話題看上去有些驚悚，因為經常有這種標題的民科文章出現，但通篇都在討論什麼旋轉力，吸引力與反推力，描述多少物質會被推成圓球，咳咳......實在看不下去了，各位熟悉的應該知道是哪位高手的文筆，但事實上連牛頓經典力學都沒參透，更不要說什麼相對論了！在這裡我們要面對一個比較尖銳的問題，牛頓經典力學被推翻了嗎？相對論替代經典力學了嗎？未來相對論是否也會被推翻？

一、牛頓經典力學世界

1676年，牛頓在給朋友的一封信中如此寫道「如果我比別人看得遠些，那是因為我站在巨人們的肩上」，儘管後人對於牛頓的成就總是津津樂道，但對於牛頓的人品卻是嗤之以鼻！不過這並不影響我們今天討論牛頓的力學世界，其實牛頓說的一點都沒錯，在他之前，西方世界中早已有先驅者：

1、哥白尼推翻了地心說理論，在日心說上走出了很遠，因為日心說解決了觀測遇到的所有問題！

可惜最終因擔心教會的迫害，哥白尼還是慫了，但哥白尼在晚年還是發表了《天體運行論》

2、布魯諾繼承了日心說，而且提出了甚至現代科學都尚未觸及的宇宙無限論，太陽多如星辰，人類猶如螻蟻，這直接激怒了羅馬教廷，可憐的先驅布魯諾被燒死在羅馬鮮花廣場上！

3、克卜勒利用第谷的觀測資料，總結出了克卜勒三大定律（第谷向教會屈服了，但他建立了大量觀測數據，使得他的學生克卜勒也站在了巨人的肩膀上）

西方科學界對天體的研究已經積累的相當的資料，並且伽利略也幾乎摸到了靜止與運動的慣性定律門口，可惜他沒有深入研究！至此萬事俱備，而大神牛頓在適當的時候出現了！

4、牛頓的萬有引力定律

牛頓在克卜勒三大定律和伽利略的「慣性思考」前提下，總結出了萬有引力定律，當然個所謂蘋果落地的典故是寫給小朋友看的！沒有前人的不懈努力，牛頓也沒那麼容易總結出萬有引力定律。

兩個天體之間的引力與它們的質量積成正比，與它們之間距離的平方成反比，但這中間有一個關鍵的萬有引力常數G，卻不是牛頓自己完成的，因為這在牛頓時代測量碰到了難以想像的困難，一直到100多年後卡文迪許才利用扭秤實驗精確測量了引力常數G！

限於篇幅，牛頓力學就以最典型的萬有引力為代表，牛頓三大定律以及他在光學以及幾何與力學還有微積分領域的貢獻是前所未有的，經典力學體系標誌這現代自然科學的誕生，是人類歷史上的一次飛躍！

二、狹義相對論和廣義相對論

1、經典力學的局限

在牛頓力學獲得如火如荼發展的19世紀末，麥克斯韋的電磁理論逐漸完善之際，等經有物理學家認為物理學已經走到了盡頭！看上去這個調調是不是很熟悉，是否有一種現代科學走到了盡頭理論的異曲同工之妙？但經典力學時代有很多問題懸而未決

1、引力是怎麼傳遞的？

2、絕對參考系以太是否存在？

3、水星進動問題如何解釋？

4、微觀領域經典力學不適用

其中1887年的邁克耳遜-莫雷實驗則直接否定了以太的存在，讓萬有引力傳播媒介的以太化為烏有，而且麥克斯韋方程組中的電磁波動方程中的光速C是普適常量，但伽利略變化則存在參考系以太，這導致經典力學和經典電磁學在正面上直接衝突。至此牛頓的棺材板都快蓋不住了！

2、狹義相對論和廣義相對論

1905年，愛因斯坦在《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論，闡述了兩條基本原理

1、狹義相對性原理：一切物理定律在所有慣性系中均有效（除引力以外）

2、光速不變原理：真空中光速不變，與光源與觀察者的運動狀態無關

狹義相對論解決了麥克斯韋方程組中的光速C普適常量是沒有錯的，但仍然沒有解決引力傳播的問題，因此在1916年正式發表的廣義相對論中加入了引力對引力的闡述。

當然早期的引力場方程中這個一個宇宙常數項比較有意思，因為愛因斯坦認為宇宙大小是固定的，即使引力場方程揭示了部分事實後愛因斯坦仍然仍舊在引力場方程中加入常數修正，但哈勃邀請愛因斯坦展示了他的最新發現-造父變星證實天體正在遠離地球，最終愛因斯坦去除了宇宙常數選項！

當然這只是一個插曲，並不影響相對論在科學史上的地位，反而成為後期的實際觀測中對法相的錯誤自我修正科學的典型。

廣義相對論描述引力是通過質量扭曲了周圍的空間來傳遞，解決了引力出現超距作用的尷尬解釋，而水星進動則也在考慮了太陽周圍時空彎曲效應所致，繼而讓牛頓尷尬的超距問題和進動問題都完美解決！

三、相對論將牛頓經典力學推翻了嗎？

似乎是這樣，畢竟牛頓經典力學中幾個世紀難題都被相對論解決，那麼牛頓經典力學可以壽終正寢了嗎？其實完全不是這樣，更準確的描述方式是：相對論將牛頓經典力學完美包容，並且補充了牛頓經典力學不足之處！而從前文的闡述上，我們也能發現，相對論不是憑空出世的，它是建立在前人無數努力的基礎之上，包括經典力學！

比如在低速運動中，將牛頓力學求得的解與相對論方式求解，兩者差異在10^-15的範圍內，這在日常應用中幾乎就是一個無需考慮的問題，但隨著速度變大這個問題會變得嚴重，而在超過40%光速後這個問題開始顯現，到70%光速時幾乎就會增加一半，而95%光速時則成為原來的3倍！

經典力學在10%以上的光速和大質量天體周圍，它會被相對論所補充，而在原子尺度以下則被量子力學所替代！簡單的說無論是相對論還是量子力學，是對前面科學積累的補充，即使有顛覆性的發現，那也只是補上了一個大漏洞，而非徹底推翻！

四、相對論會被替代嗎？

我們必須有一個認識，現代科學幾乎所有的學科描述的都準確的，但卻有其應用範圍，曾經經典力學應用範圍無處不在，但隨著科學的發展，我們將它的範圍無限擴大了，甚至是不適用的領域，那麼此時將會發展出新的理論太擴充原有的理論，但並不表示原先的理論無法應用在指定的範圍內，比如計算一個低速運動，沒有人會用相對論來計算，不僅麻煩，而且這門檻可不低，至少會嚇倒一部分初學者！經典力學仍舊為現代科學保駕護航，而相對論也會在你無法察覺的地方默默服務，未來即使有新的代替相對論的理論出現，那麼它也是為了給科學家理論來打補丁的！

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