其实，不仅仅是“引力场”这个以太，而是“任何”可能被复活的以太，都意味着“特选参考系”的存在，那就必然与“相对性原理”产生抵触！

不过，根据上一章的论证，我们似乎也很难拒绝“引力场”这个以太。我们不禁想到，以太与相对性原理的抵触，为什么非要否定“以太”呢？是否也可以质疑一下“相对性原理”的正确性呢？

对于如此“浅薄”的质疑，除了耻笑，基本上都是不屑一顾！因为相对性原理的正确性，早已是物理学中的一个“常识”了！

然而，历史上曾经有“许多著名的理论物理学家还是比较倾向于舍弃相对性原理。”^[16]④ 诺贝尔物理奖得主——菲利普·雷纳德也说过：“我一直认为相对性原理限制了引力原理；……超光速看来对相对性原理造成了困难。”^[10]③

可见，质疑相对性原理并非就一定是“浅薄”。我们不妨鼓起勇气，对相对性原理作一番严格的考证。

鉴于现在有教科书把相对性原理和运动的相对性混为一谈！^[18] 而且，质疑相对性原理的人也经常被诘问：难道运动不是相对的吗？

因此，先对“相对性原理”和“运动的相对性”加以甄别是有必要的！

我们知道，一切关于运动状态的描述，都是“相对”于“假定不动的”参照物而言的。这个道理就叫做“运动的相对性”。 “运动的相对性”是普适的，没有人怀疑这个道理！

在§3.1我们已经论述过，即使是牛顿的“绝对运动”，也并非如爱因斯坦所误解的那样——“绝对运动，即一个物体的运动与另一个物体无关”。^[10]⑦ 之所以说这是爱因斯坦对“绝对运动”的误解，那是因为牛顿对“绝对运动”概念早已作出了明确的定义：“绝对运动是物体由一个绝对处所迁移到另一个绝对处所”。^[20] 显然，“绝对运动”的参照物就是“绝对处所”！为什么牛顿需要创造“绝对处所”这个概念呢？那是因为牛顿终身找不到水桶实验中“水的绝对运动”的参照物，于是，牛顿就天才地把这个没能被找到的无形的参照物指称为“绝对处所”，以区别于“绝对空间”。这正是牛顿坚守“运动的相对性”理念的卓绝体现！

而“相对性原理”，并不是指这个毫无争议的“运动的相对性”。

严格地说，相对性原理有三个：力学相对性原理、狭义相对性原理、广义相对性原理。它们之间不是并立的关系，而是逐层包含的关系：

1）力学相对性原理，也称为伽利略相对性原理。伽利略曾记述了船舱里的一些力学现象：“使船以任何速度前进，只要运动是均速的，也不忽左忽右地摇摆，你将发现，……你跳向船尾不会比跳向船头来得远，……水滴将像先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾，……蝴蝶和苍蝇将继续随便地到处飞行，它们也决不会向船尾集中，……”并根据这些现象得出一个结论，“你无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动”。^[31]① 伽利略的这个结论首先被荷兰物理学家惠更斯（1629～1695）称为“伽利略相对性原理”。现在的教科书则把这个原理表述为：“在任何惯性系中力学定律具有相同的形式”。^[24]②

2）狭义相对性原理，通常就简称为相对性原理。它是由爱因斯坦把伽利略相对性原理的适用范畴，从力学扩展到了全部物理学，爱因斯坦定义：“自然规律在所有惯性系中具有相同的形式。这个定理称为‘狭义相对性原理’。”^[10]⑧ 费曼指出：“从历史上看，相对性原理是在麦克斯韦方程组之后才发现的。事实上，正是对于电和磁的研究才最后导致爱因斯坦对相对性原理的发现。”^[32]

3）广义相对性原理，是爱因斯坦把狭义相对性原理扩展到适用于任何参考系：“一切参考系都是平权的，物理定律在任何坐标系下形式都不变，即具有广义协变性。”^[22]

注意，与完全不存在争议的“运动的相对性”不同，历史上，对于“相对性原理”的正确性，是存在争议的。爱因斯坦告诉我们：曾经有“许多著名的理论物理学家比较倾向于舍弃相对性原理。”^[16]④ 甚至，爱因斯坦自己也对“广义相对性原理”产生了动摇——《爱因斯坦全集》的编辑在“第七卷序”中指出：“在回答Erich Kreyschmann的批评时，爱因斯坦承认广义协变在物理上没有意义。相对性原理不再被陈述为任意参考系的等效性。类似地，等效原理也不再被表述为是将相对性原理从匀速运动推广到非匀速运动。”^[10]⑥

19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了一定的实验依据。同时，麦克斯韦>建立了一套能完美描述电磁学基本定律的理论——麦克斯韦方程组>。由麦克斯韦方程组>可导出真空中电磁波的传播速度c =1/√(ε₀μ₀)，其中的真空电容率ε₀和真空磁导率μ₀均是基本物理常量，都是普适的，因此，真空中电磁波的传播速度c必然也是一个普适常量。

从历史观点看，过去并不知道这个常量c就是光速。但“从数值上看，这个常量c与已测得的光速吻合得相当好，由此，麦克斯韦得出这样的结论，光也是一种电磁波，c就是光在真空中的传播速度。”^[6]① “赫兹等人所做的大量实验事实从各方面证实了光确是一种电磁波。”^[6]② 这就意味着光速亦是一个普适常量。

爱因斯坦把“光（在真空中）的速度c是恒定的”，“升格”为光的传播定律。^[16]④

爱因斯坦说：“谁会想到这个简单的定律竟会使思想周密的物理学家陷入智力上的极大的困难呢？”^[16]④

爱因斯坦指出：如果沿着路基发出一道光线，假定车厢以速度v在路轨上行驶，其方向与光线的方向相同，根据经典力学中的速度相加定理，光线相对于车厢的速度将等于c-v，这就出现了光速小于c的情况，这个结果与相对性原理是严重抵触的！ “因为，根据相对性原理，真空中光的传播定律，就象所有其他普遍的自然界定律一样，不论以车厢作为参考物体还是以路轨作为参考物体，（光速）都必须是一样的。”^[16]④

而且，北大赵凯华教授在《电磁学》中指出：“在电磁学里，无论速度多么低，伽利略变换都不适用”！^[6]③

因此，1905年前后，大家普遍认为，“麦克斯韦方程组>（包括光的传播定律）”与“相对性原理”是严重抵触的。爱因斯坦指出：“由于这种抵触，除了放弃相对性原理或放弃真空中光的传播的简单定律以外，其他办法似乎是没有的。”^[16]④ 换言之，普遍认为，这相抵触的二者必有一错，只应该保留其中的一个。

那么，应该是保留麦克斯韦方程组>，还是保留相对性原理呢？

一般都认为，当然应该保留相对性原理，因为大家都有“舟行而人不觉”的切身经验。但是，对于思想周密的理论物理学家来说，他们不会轻易相信什么“切身经验”——鉴于伽利略大船上那些粗略的力学现象（跳远、滴水、蝴蝶和苍蝇的飞行……）的精确度完全无法与电磁学实验相比，麦克斯韦方程组比之伽利略相对性原理当然应该更可靠。爱因斯坦告诉我们：当时“许多著名的理论物理学家还是比较倾向于舍弃相对性原理。”^[16]④

让人意想不到的是，爱因斯坦却力排众议，坚决主张：麦克斯韦方程组>和相对性原理，这两者均应保留！

因为，爱因斯坦经过“深入”的研究后发现：这两者的抵触是“表面”的！只需要舍弃“同时性的绝对性”和“刚体长度的绝对性”，并用“洛伦兹变换”来代替“伽利略变换”，那么，麦克斯韦方程组>（包括光的传播定律）与相对性原理的抵触就会消失。^[16]⑤

爱因斯坦的这个能消除“麦克斯韦方程组>（包括光的传播定律）”与“相对性原理”相抵触的神奇理论，就是颠覆了牛顿绝对时空观，从而震惊了世界的“狭义相对论”！

哈佛教科书《力学引论》评价：“在古典力学的发展过程中，相对性原理所起的作用不大；爱因斯坦却把它誉之为动力学的根本原理。”^[33]

我们当然需要搞清楚，爱因斯坦凭什么如此抬举“相对性原理”呢？

爱因斯坦之所以坚决不赞同“舍弃相对性原理”，那是因为他坚信，“有两个普遍事实在一开始就给予相对性原理的正确性以很有力的支持。”^[16]⑥

这两个“普遍事实”是：

1）伽利略相对性原理在力学领域是高度准确的；

2）地球的物理空间是各向同性的。

那就让我们仔细考证一下，爱因斯坦精选出来的这两个普遍事实，是否真的符合事实？

爱因斯坦指出：“必须承认经典力学在相当大的程度上是‘真理’……因此，在力学的领域中应用相对性原理必然达到很高的准确度。”^[16]⑥

不过，爱因斯坦对这个“很高的准确度”并未给出任何具体事实，而仅仅是把它作为一个先入之见！遗憾的是，这个先入之见并不正确！

首先，根据伽利略相对性原理的定义——在任何惯性系中力学定律具有相同的形式。当然，伽利略相对性原理必须以“惯性系”为前提。

而我们在第三章已雄辩地论证了，正是因为马赫把相对于“绝对处所”的绝对运动，误解为是相对于“绝对空间”的运动，导致了牛顿的“绝对处所”被完全无视，从而使得牛顿力学定律失去了“绝对处所”这个“特选参考系”，这才使得“惯性系”概念应运而生！

爱因斯坦也已发现：惯性系概念是同语反复、循环论证，^[13]③“究竟是否存在一个惯性系的问题，直到现在还无法决定。”^[13]②“惯性系”概念的引用，使得“整个物理学都好像是筑在沙堆上一样。”^[13]③

可见，“惯性系”概念根本就是一个错误概念！

既然“惯性系”这个前提是错误的，那么，伽利略相对性原理还有可能成立吗？所谓“达到很高的准确度”，当然更是无从谈起。

其次，根据爱因斯坦对伽利略相对性原理的权威解读——“假如两个坐标系相对转动，那么力学定律不能在两者之间都有效。……假使有两个坐标系，相互作不等速运动，则力学定律不会在两者之中都是有效的。”^[13]②——我们可以轻易地发现这个原理并不符合事实！

请看下面5个事实：

1）力学定律在关联于地球的坐标系中，是非常有效的，不然，牛顿怎么可能在地球实验室中，归纳、总结出力学定律呢？

2）爱因斯坦说：“关联于太阳的坐标系比关联于地球的坐标系更象一个惯性系。”^[13]⑤ 这当然意味着，力学定律在关联于地球和太阳的坐标系中都非常有效。

3）在月球上，宇航员们发现力学定律与地球上的一样有效。

4）爱因斯坦指出：对自由落体电梯内的观察者来说，力学定律是有效的。^[13]⑥

5）自由飞行（关掉引擎且无自转）的航天器中，宇航员们已证明了力学定律非常有效。“神舟十号”宇航员王亚平在太空的力学实验再次验证了这一点。

上述这5个坐标系，相互之间显然“都”是在作不等速运动，然而，力学定律相对于它们，居然“都”非常有效！

面对如此一堆违反伽利略相对性原理的事实，怎么可以说伽利略相对性原理在力学领域已“达到很高的准确度”呢？

有人反驳：上述5个坐标系中力学定律的“有效”，都是近似的，是“绝不可以当论据的”！

殊不知，一切“度量衡”都是近似的。难道“近似的”就“绝不可以当论据”吗？

笔者赞同中科院高能物理所秦荣先先生和阎永廉研究员的观点，“我们用精度很差的实验就可以否定一种理论，但是却不能用有限精度的实验最终证明一种理论。”^[34]

又有人诘问，力学定律在上述5个坐标系中“都”非常有效，难道可以有合理的解释吗？

当然可以！

我们在上一章已雄辩地论证了：力学定律的特选参考系是“引力场”。因此，在关联于地球、太阳、月球的坐标系中，也就是在关联于各星球的引力场中，也等于是在各自的“特选参考系”中，力学定律当然都是有效的，而无论这些坐标系是否相互作匀速直线运动。

不仅如此，根据“引力场就是力学定律的特选参考系”这个断言，还可以推断，力学定律在关联于火星、金星、木星、木卫二……等星球的坐标系中，也必定一样都是有效的！而无论这些星球相互之间是否作匀速直线运动。

我们之所以相信这样的推断是正确的，还有另一个过硬的理由，那就是：若力学定律在关联于这许多星球的坐标系中无效，则意味着地球是宇宙中最“优越”的星球，那我们将倒退回哥白尼之前的时代。

可见，坐标系本身如何运动，坐标系相互之间如何运动，都不是决定力学定律相对于该坐标系是否有效的原因！

又有人质疑：地球引力场难道不是在太阳引力场中吗？那为什么地球上力学定律的有效必须参照地球引力场，而不是参照太阳引力场呢？问得好！

通俗地说：由于其他远域物质对太阳的引力，已被太阳绕银河中心的转动而“消耗殆尽”，太阳对地球的引力，已被地球绕日转动而“消耗殆尽”，所以地球上的物体所能感受的只是地球的引力场。

所谓“引力被消耗殆尽”，与“失重”是同一个意思 ——以太阳为参考系，地球上的物体受太阳引力而随同地球一起绕日公转；而以地球为参考系，地球上的物体所受到的太阳引力，与这些物体绕日公转的离心力相抵消，因此，这些物体对太阳“失重”了，这些物体所能感受的只是地球所产生的引力场。所以，地球上力学定律的有效必须是参照地球引力场！而不是参照太阳引力场。

这与自由飞行的航天器中的物体对地球“失重”是一样的道理——以航天器为参考系，航天器上的物体所受到的地球引力，与这些物体绕地球公转的离心力相抵消，因此，这些物体对地球“失重”了，这些物体所能感受的只是航天器本身所产生的引力场（尽管非常弱）。所以，航天器上力学定律的有效必须是参照航天器的引力场！而不是参照地球的引力场。

同理，自由落体电梯内的物体对地球也“失重”了，自由落体电梯内力学定律的有效必须是参照电梯本身所产生的引力场（尽管非常弱），而不是参照地球引力场。

显然，我们仅凭“引力场就是力学定律的特选参考系”这个断言，就可以非常圆满地解释，为什么在上述5个“相互作不等速运动”的坐标系中，力学定律“都”会非常有效！

可见，爱因斯坦精选出来的第一个“事实”——伽利略相对性原理在力学领域是高度准确的——并不是事实！

伽利略大船上的那些力学现象（跳远、滴水、蝴蝶和苍蝇的飞行……）过于粗糙，毫无精度可言。在精度要求不高时，采信一下这些“经验”也无妨，但是，若把这些粗糙的“经验”上升为“动力学的根本原理”，必将违反事实！

现在让我们继续考证爱因斯坦精选出来的第二个“事实”。

爱因斯坦指出：“由于我们的地球是在环绕太阳的轨道上运行，因而我们可以把地球比作以每秒大约30公里的速度行驶的火车车厢。如果相对性原理是不正确的，我们就应该预料到，地球在任一时刻的运动方向将会在自然界定律中表现出来，而且物理系统的行为将与其相对于地球的空间取向有关……但是，最仔细的观察也从来没有显示出地球物理空间的这种各向异性（即不同方向的物理不等效性）。这是一个支持相对性原理的十分强有力的论据。”^[16]⑥

爱因斯坦的这段话逻辑非常清晰：如果能找到地球物理空间各向异性的证据，就可以证明相对性原理是不正确的！

很不幸！我们居然可以轻易地找到两个大家都很熟悉的地球物理空间各向异性的铁证：

1728年，布拉德雷发现了著名的光行差现象：为了能看到天顶的恒星，不能将望远镜绝对竖直地放置，而必须将望远镜轴线调整到偏向地球的公转运动方向，向前倾斜20.5’’ 角度，望远镜的轴线在一年中将描画出一光行差圆锥。^[9]①

如果地球的物理空间是各向同性的，那么，还有什么必要把望远镜轴线总是偏向地球的公转运动方向呢？

这当然证实了，地球的公转运动方向，与其他方向的性质是相异的。

中科院理论物理研究所张元仲研究员在《狭义相对论实验基础》中指出：“1971年Hafele和Keating……将四只铯原子钟放到飞机上，飞机在赤道平面附近高速度向东及向西绕地球航行一周后回到地面，然后将飞机上的四只铯原子钟与一直静止在地面上的铯原子钟的读数进行比较，发现向东飞行时四只原子钟的读数比地球上的原子钟读数平均慢了59×10^-9秒；而向西飞行时四只原子钟的读数比地球上的原子钟读数平均快了273×10^-9秒。”^[35]

这个著名的实验直接显示了，向东飞行的原子钟会变慢，而向西飞行的会变快。这当然证实：地球东西两个方向的物理性质是相异的！

上述两个地球物理空间“各向异性”的事实，当然都“十分强有力”地否定了爱因斯坦充满自信的所谓“十分强有力”的论据！

至此，我们发现，爱因斯坦用洪荒之力精选出来的两个支持相对性原理的“普遍事实”，居然统统都“违背事实”！

2007年，复旦大学朱永强副教授、上海东方电磁波研究所季灏所长等人在复旦大学实验室，进行了一个“带电体运动产生磁场的跟踪观察”实验。

实验中，把一个高灵敏度的“磁场检测仪”与一个大电量的“带电体”固定在同一个联合小车上，让联合小车在实验室的轨道上以小于1米/秒的速度作匀速直线运动，尽管“磁场检测仪”与“带电体”这两者保持相对静止，但是，该检测仪依然检测到了“带电体”所产生的磁场！

朱永强给出的结论是：“在地球上带电体运动产生磁场的‘运动’，不可能以任何的运动参考系统为参考系，必须以地球为参考系和不依赖于观察系统的运动状态。” ^[36]

这个实验结果，是相对性原理无法解释的。

朱永强的“联合小车”显然与“伽利略大船”是等价的！这个实验相当于把“磁场检测仪”与“带电体”一起固定在“伽利略大船”上，我们可以依据“是否检测到带电体产生了磁场”，来判断“大船”是否在“航行”！

显然，朱永强的“带电体运动产生磁场的跟踪观察”实验，又为证明“相对性原理违背事实”增添了一个实例。

1955年4月3日（爱因斯坦于两个星期后的4月18日逝世），美国著名的科学史家I.B.科恩，对爱因斯坦进行了一次采访，据科恩报道：“爱因斯坦说他永远钦佩牛顿……‘牛顿所写过的每样东西都活在后来的物理科学著作中’……爱因斯坦说，回顾牛顿的全部思想，他认为牛顿的最伟大成就是他认识到特选参考系（privileged systems）的作用。他十分强调地把这句话重复了几遍。  我觉得这是有点令人困惑的，因为今天我们都相信，并没有什么特选系，而只有惯性系……由于爱因斯坦自己的工作，我们不再（像牛顿那样）相信绝对空间和绝对时间概念，也不再相信有一个对于绝对空间是静止的或者是运动的特选系。”^[4]①

科恩的这些困惑，当然很容易被我们理解——“狭义相对论的整个理论都建立在惯性系的基础上”，^[22] 大家普遍相信，没有什么特选参考系，而只有惯性系；“特选参考系”，只不过是牛顿的一个错误，何来的“最伟大”呢？

在笔者看来，爱因斯坦临终前十分强调地反复念叨“牛顿的特选参考系最伟大”，应该是在宣泄他内心的纠结。他在纠结什么呢？

其实，爱因斯坦非常清楚，“惯性系”概念是同语反复、循环论证。^[13]③“究竟是否存在一个惯性系的问题，直到现在还无法决定。”^[13]② 引进惯性系概念，使得“整个物理学都好像是筑在沙堆上一样。”^[13]③ 可见他的内心对“惯性系”概念是排斥的。

然而，他又无法摆脱“惯性系”，因为，相对性原理必须建立在“惯性系”的基础上。显然，否定“惯性系”也就等于是否定“相对性原理”，这让爱因斯坦无法容忍。

另一方面，爱因斯坦已经充分意识到必须复活“以太”，而这个“以太”，却正是牛顿的“特选参考系”（详见第三章），因此又不得不钦佩牛顿的伟大。

所以说，爱因斯坦在临终前应该是仍在纠结“特选参考系”与“惯性系”的抵触。

这似乎意味着，爱因斯坦在临终前对“相对性原理”的信念已产生了动摇？

通过本章的论述，我们已看到，相对性原理违背事实的证据非常确凿，因此，“舍弃相对性原理”是必然的选择！

若舍弃了相对性原理，那么，“引力场”这个“以太”与“相对性原理”的抵触，自然也就不存在了。

然而，相对性原理对于我们早已是刻骨铭心，即便它如此明显地违背事实，仍有许多人不敢相信真的可以就此舍弃它。

因为，他们都有一个与爱因斯坦相同的信念：“‘静止’和‘匀速（直线）运动’在物理上是等价的。” ^[37] 

南京大学林德宏教授解读：“惯性定律说明静止与匀速直线运动都是物体在不受外力作用下，能不断维持下去的状态；相对性原理则说明在静止与匀速直线运动这两种状态中，力学定律是相同的。这就揭示了力学中的静止状态与匀速直线运动状态的等价性。” ^[15]②

可见，“相对性原理”与“惯性定律”的本质都是“静止状态与匀速直线运动状态的等价性”，这就意味着“相对性原理”与“惯性定律”是相互支撑的。

所以，普遍都担心，如果舍弃了“相对性原理”，将会导致“惯性定律”的垮塌！而惯性定律，那可是整个物理学的奠基石啊！

这个担心，就是复活以太的第二个障碍！它比第一个障碍可能更难清除！