戴榕菁

幾乎可以肯定很多了解相對論的學者或科普工作者看到本文題目後會馬上給出答案：它們的本質區別是狹義相對論是關於勻速運動的慣性係而廣義相對論則引入了加速度。

本文所要討論的當然不是上訴的科普知識，而是狹義與廣義相對論之間在更為深層的哲學本質上的區別，是導致前者為錯誤而後者為真理的區別。這個區別是：

狹義相對論是建立在沒有邏輯依據和實踐證據的數學模型和哲學空想的基礎之上而廣義相對論則是建立在有著長期的實踐經驗及明確可靠的邏輯推理的基礎之上的。

為了避免讓一些科普工作者和科普愛好者們的情緒過於激動，這裏反本為末，先談理論已經建立後的所謂實驗驗證。對於狹義相對論的實驗驗證人們說的最多的是最初的Michelson-Morley實驗，稍晚一些的Sagnac實驗，以及現代的大氣μ子穿透證據。

首先，Michelson-Morley實驗的失敗隻能證明他們沒能找到以太，根本無法證明時空的相對性或光速不變。以太與時空的絕對性之間沒有必然關係。人們是在時空的本質之外提出了以太的假說，然後用沒有找到以太來否定時空的絕對。非常喜劇。

其次，Sagnac實驗是對於光速不是不變的最有力的證明卻在過去一百多年裏被解釋為證明了狹義相對論，這就更加喜劇了。

再者，所謂的大氣μ子穿透證據的最明顯的漏洞在於解釋的不對稱性【[1]】：當相對論學者從地麵參照係來解釋時，他們說，大氣μ子穿透證明了動鍾變慢，而當他們從大氣μ子的參照係來解釋時，他們說大氣μ子穿透證明了動尺變短。而這種不對稱性不是偶然的，卻是有著必然的原因，因為一旦反過來，他們就會得出相反的結論------當站在地麵參照係時，如果應用動尺變短，他們將得出結論μ子在大氣中運動時的存活時間比靜止時還短，當在μ子的參照係中應用動鍾變慢，他們將得出結論μ子在大氣中行走的距離一定比觀測到的短。而所謂的大氣μ子穿透證據的最主要的缺陷在於他們忽略了接近地麵的大氣密度遠高於大氣邊緣的密度，而宇宙射線隻有極少一部分會因為地球引力而偏移到地磁極因而穿透大氣的μ子應主要產生於接近地麵的大氣這一基本邏輯推理卻假設所有穿透大氣的μ子都是在大氣邊緣上產生的。

而上述這種解釋的不對稱性是狹義相對論應用中的一個基本特征，最典型的例子就是那個孿生子詳謬。

當我們已知狹義相對論並沒有如相對論學者所聲稱的那樣得到實驗證明後，再回過頭來討論狹義相對論建立的基礎就不至於讓科普工作者們過於激動了：狹義相對論的基礎是根據要讓麥克斯韋方程不隨慣性坐標變換而改變形式的要求來得出洛倫茲變換方程，然後在這個基礎上提出光速不變的假說；其間又加入了“看見了才算發生”的相對論時序原則【1】用以確立同時性的相對性。所以，狹義相對論的基礎是作為簡化麥克斯韋方程求解的數學工具的洛倫茲變換以及“看見了才算發生”的相對論哲學。這兩者的共同特點是它們都既不具備實踐的經驗基礎，也沒有嚴格的邏輯依據。隻能是徹頭徹尾的假說（Posulate）而已。

那麽廣義相對論呢？

廣義相對論最基本的出發點是愛因斯坦的那個電梯思想實驗和與之相應的等效性原理。雖然也有人認為用電梯思想實驗得出加速度與重力等效存在缺陷，但是至少這個等效性原理有著相當明確和嚴格的邏輯依據------這是狹義相對論根本不具備的。（狹義相對論的最為科普人士樂道的邏輯依據是愛因斯坦在孩童時期關於以光速奔跑會產生什麽效果的遐想後來產生了狹義相對論）。而等效性原理所涉及的一個主要的假設，即慣性質量就是重力質量假設，是有著自牛頓之後的幾個世紀的實踐經驗的基礎的：除了在精密實驗室中，日常生活中人們從來無法直接測量所謂的慣性質量，因此所謂的慣性質量一直都是用重力質量來代替的。因此，牛頓力學的可靠性本身就可以被看做是慣性質量就是重力質量假設的依據。

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雖然曆史的幽默使得狹義相對論在先，廣義相對論在後，而且由同一個人創立，在哲學上，它們兩者之間存在著本質的不同：一個是有著長期的實踐基礎以及明確而嚴格的邏輯推理，而另一個則基本上是建立在空想之上。

當然，由於愛因斯坦在廣義相對論的建立中多少用到了狹義相對論的理論，所以狹義相對論的錯誤對於廣義相對論多少會產生一些負麵影響，但那些負麵影響都是非原則性的。就如那位被我說成是外星人的dialect YouTuber 指出的：廣義相對論主要是關於引力而與相對論沒什麽關係。

狹義相對論和廣義相對論在邏輯基礎也就是哲學本質上的不同決定了狹義相對論是錯誤的而廣義相對論是正確的。這個例子再次表明一個理論的生命力主要在於其建立時的根基而不是在理論應用過程中人們為之加注了多少數學公式和實驗的形式。

哲學而不是數學或實驗才是決定一個理論的基礎的對與錯的關鍵！