上回說到在牛頓理論工作後面是這樣一個信念：地上和天上的物理學是同一個物理學；而在愛因斯坦相對論後面的信念是：不同參照系下的物理學是同一個物理學。 老牛時代的物理學只有運動學，物理學作為科學中的科學還沒有從哲學中獨立出來，他出版的書不是叫做“自然哲學的數學原理”嗎？老牛認為他是在研究自然哲學，為此他覺得手頭的“工具”太不好使，順便發現了微積分。對於數學理論，我不知道用“發現”這個詞好，還是“發明”好。當年為此，和同學爭論地面紅耳赤惱羞成怒，在此不表，暫且用我傾向的“發現”吧。 設想兩列平行勻速行駛的列車，兩個有相互運動。一個列車裡的自由落體，會被另一個列車的觀察者看為拋物線軌跡的運動。一個參照系中是直線運動，而另一個是拋物線運動。老牛認為現象不同，但本質相同，應用一個坐標變換，就可以從一個參照系觀察的現象得到另一個參照系的看到的現象，在牛頓力學中這種變換叫做伽利略相對性原理。在下不才，認為這是科學的本質：儘量用最少的假設，解釋最多、最不同的物質現象。 有人問了，別逗了，牛頓那個時候哪有列車呀，頂多只有馬車。是的，要不是牛頓的貢獻，列車永遠不會出來。那好，設想兩輛馬車….，哈哈，馬車可不能勻速直線運動。對了，如果只看到現象界，人是永遠無法“發現”科學的。科學必須構造一個理想的世界，認為那個理想的世界比現實的世界更真實，這又是柏拉圖哲學的理念了，不要在這裡傳教的好。 歐洲後來兩百年都在消化老牛的理論，用更精巧的數學來複述，用在流體氣體上面。但一個完全不同的學科誕生了，那就是電磁學。老牛是個英國人，但歐洲大陸那些老外，比英國人還英國，他們死都要堅持用“力”這個老牛的概念，於是，庫倫安培等發展了電動力學，來考察電磁現象。而英國的法拉第，這個不懂數學的傢伙，提出了一個看不見摸不着也感受不到的“場”的概念，經過偉大的麥克斯韋，構造了電磁場理論。 老愛面時代的物理學不再僅僅是粒子的運動學，而是兩個大的分支牛頓力學和電磁場理論。老愛的過人之處就在於發現了這兩大分支之間的不和諧，他把他們弄和諧了。光速不變這個說法，是個小噱頭而已。這是我的觀點，如有雷同，純屬偶合，哈哈。 假設兩列相互運動的列車，…,你怎麼老用列車？列位看官，喜怒，後面有精彩的別的比喻。且容我用兩列平穩行駛的列車為例。 例子一：在一個列車上掛了一個帶電小球，那個列車的物理學家忙着測量，根據電磁理論，他們只能測到電場；根據電磁理論，由於運動的電荷就是電流，勻速電流產生恆定的磁場，所以另一個列車的物理學家只能測出磁場。兩家物理學家爭吵地很厲害，到底空間只有電場還是只有磁場，各持己見。如果再有第三個相對前兩個旋轉的列車，那個列車裡的物理學家一定既測出電場又測出磁場，他們測出了電磁波！電磁場不是客觀存在的嗎，怎麼和彼此的運動狀態有關？在電磁理論中，時間和空間糾結在一起了。 例子二：在A列車上一群變化的電荷，根據電磁理論，他們發出一束激光（電磁波），這就是加速器的原理，一群物理學家測量這束光的相對列車的速度，根據電磁理論，光速只依賴於周圍的煤質，假設是真空，那就是標準光速C。同時，對於B列車上的物理學家來說，A列車那群電荷的變化速度是不同的，但根據電磁理論，他們測到的仍然是光速C！真是奇怪了，為什麼不是C+V，V是A列車和B列車的相對速度？這暴露了牛頓力學和麥克斯韋電磁理論之間的一個矛盾。 老愛的過人之處在於他的物理直覺，他說他從16歲起就想：如果像光速一樣運動，會看到什麼樣的世界？他發現了兩大物理理論的不和諧之處，面臨一個恐懼與顫慄的選擇，修正牛頓力學還是修正麥克斯韋理論？到了26歲，老愛終於將牛頓力學和麥克斯韋電磁場理論在不同個坐標系下和諧起來，他選擇修理牛頓。但他給了牛頓面子，在低速運動情況下，他的理論仍然是足夠好的近似，戲言戲言嘿嘿。其實，對於狹義相對論，他只是走了小小的一步，已經有了“洛侖茲變換”來轉換不同坐標系下的電磁現象，但這小小的一步透露的是老愛超強的直覺。這一小步將一個平時西裝革履頭髮規規矩矩的專利局小職員，變成了不修邊幅每根頭髮都桀驁不馴彰顯牛人派頭的科學的象徵，哈哈，老愛也懂作秀的真諦！不知老牛的髮型如何。 現在不假設兩列列車了，那是無數教科書的俗套。現在換個時髦的假設來重新審視一下老愛和老牛理論後面共同的信念。 假設兩個遙遠的星球上面住了兩種人類，一個就是我們地球人吧，一個就叫他們火星人好了。火星人有四個眼睛，四個耳朵。眼睛可以看到從無線電到伽馬射線，耳朵可以聽到超聲波。火星人觀察到的世界和我們完全不同，他們也發展了他們的物理學。有一天，地球人和火星人突然發現了對方，首先需要編出地球人-火星人字典，這個是言正輕君的工作，哈哈。在吃喝拉撒奇婚異俗的好奇搞明白之後，地球人和火星人終於可以開始討論對方的物理學了。像周瑜和諸葛亮一樣，他們約定彼此先把各自的物理學公式寫在一張餐巾紙上，如果火星人也要吃飯的話，嘿嘿。然後，一二三同時鋪在餐桌上，比較一下。老牛和老愛，兩個大牛，眼睛都不用瞅那兩片餐巾紙，就直接宣布“地球人的物理學就是火星人的物理學，因為不同的眼睛，同一個世界”。這就是他們兩個大牛的科學信念：物理學規律不依賴於觀察者，在紛繁複雜變化多端的現象後面是那不變的物理規律。 沒有人可以證明這個信念，也沒有人可以證偽這個信念，因為這是他們對於科學的信仰。將這種科學信仰推廣到存在加速度的兩個參照系，就構成了廣義相對論，那不是我可以插嘴的地方了。 我強烈覺得把老愛的理論叫作相對論，是嚴重誤導觀眾的行為，應該叫作絕對論，不同的現象後面是絕對不變的宇宙規律，不依賴於觀察者。這就是老愛和哥本哈根學派較勁的地方，那是量子力學與傳統物理學背後的根本理念之爭，在下沒有能力評論。 牛頓是這個科學信仰的開創者，而愛因斯坦是將這個科學信仰發揮到極致，是傳統物理學集大成者。雖然老愛也對量子力學有所貢獻，但他對量子力學背後的信念耿耿於懷，不能接受。 對於我來說，沒有牛頓，我想不出誰可以短時間內構造出那套理論，而對於狹義相對論，在那個激動人心物理學狂飆突進的時代，幾乎是呼之欲出的，應該有人幾乎得到同樣的結果。對於廣義相對論，我就不知道了，也許非老愛莫屬。 “物理學規律不依賴於觀察者所在的參照系”這樣的信念不是科學本身可以驗證的。將這個信念推廣到其他物理學，就是統一場論的理想，就是物理學中的共產主義理想了，哈哈，累死這幫物理學家。好像霍金討論微小的黑洞中的量子和引力場的統一，不懂不懂。 更改這個信念，就是比老愛的科學革命更猛烈的科學革命，就像非歐幾何對於歐幾里德幾何的顛覆一樣。偉大的科學家必然是偉大的哲學家，同時有着宗教信徒般地熱誠將他的科學信念貫徹到極致的情況，原諒我最後這點主觀判斷。最後，怯怯地說：牛頓似乎最牛，老愛、麥克斯韋、法拉第等並列第二，如何？