爱因斯坦在1905年建立的狭义相对论依据了两个前提条件，第一个前提条件是光速不变原理，即：真空中的光速为恒定值，不随参考系的改变而改变。光速不变原理不是爱因斯坦提出的，而是当时的光速测定实验给出的结论，他将这一结论看成是狭义相对论得以成立的“公理”。第二个前提条件是狭义相对性原理，即：一切物理定律在所有的惯性参考系中有相同的表达形式。比如：在地球上和在月球上发射火箭遵循相同的动力学规律，尽管它们的“逃逸速度”不同，在地球上和在月球上发射火箭都要克服引力的作用。可以从宇宙哲学的“等效原理”来解释狭义相对性原理，即：在所有的惯性参考系中，物理学的规律都是等效的，在一个惯性参考系表现的物理规律在另一个惯性参考系也是相同的。地球和月球是两个不同的惯性参考系，在地球上发生作用的物理规律在月球上同样适用，比如：万有引力的数学表达式在地球上和在月球上是一样的，引力的性质相同，引力的大小却不同，月球上的引力只有地球引力的六分之一，在月球上生活时由于受到较小引力的作用，经历的时间应该比地球上的更快一点，我们会跳得更高、更远，身体组织和心理反应可能发生一些变异，因此，物理学规律的不变性不能保证我们生活方式和身心活动的不变性。爱因斯坦没有将狭义相对性原理描述为“等效原理”，我们在这里将物理学规律在所有惯性参考系中保持不变的性质理解为宇宙哲学的“等效原理”。爱因斯坦不是第一个发现相对性原理的科学家，伽利略第一次发现物理学规律在不同惯性参考系保持一致的原理，当时没有使用“相对性原理”的词语描述，而是使用了“伽利略变换”、“伽利略坐标变换”的概念。

相对性原理又称协变性原理，指的是所有的惯性参考系都是等价的，该原理最初由伽利略提出，适用经典力学的范围。爱因斯坦提出的狭义相对性原理涵盖并且推广了伽利略的相对性原理，狭义相对性原理又称狭义协变性原理，指的是一切物理定律，诸如：力学定律、电磁学定律以及其它相互作用的动力学定律在所有惯性参考系中都是等价的、或平权的，没有一个惯性系具有特殊、或优越的地位，不存在“以太”一类的绝对静止参考系，该原理否定了“以太说”和绝对坐标的参考系，一切物理定律在伽利略变换过程中保持数学形式的不变。狭义相对性原理是对力学中伽利略相对性原理的推广，对力学方程适用的一切坐标系对电动力学和光学定律同样适用。人们在不同时间进行实验时，会得出同样的实验结果，这从实验上证实了物理学规律的不变性。物理学规律适用于所有的惯性参考系，无论人们选择银河系中的地球，还是选择仙女座星系中“地球的双胞胎”都是如此，在伽利略的时代，没有发现电磁学和电动力学的规律，而在爱因斯坦的时代，经典物理学不仅发展成熟，而且遭遇了“物理学的危机”，爱因斯坦将伽利略的相对性原理进行了两种推广，第一种是将该原理的适用范围从经典力学推广到经典物理学，将声、光、电、热等经典物理学内容纳入进来，比如：我们在地球上和在月球上发射电磁波遵循相同的电磁学规律；第二种是将伽利略的惯性参考系推广到非惯性参考系、或一切参考系。

非常有趣的一个现象是爱因斯坦没有将自己的力学理论称之为“相对论”，物理学家洛伦兹将爱因斯坦创新的力学理论称之为“相对论”，爱因斯坦认可了这种提法，于是，狭义和广义相对论的术语在学界和大众媒体中流传开来。狭义相对论的两个“公设”似乎与相对性没有关联，光速与光源和惯性参考系的选择无关、物理学规律与惯性参考系的选择无关的不变性原理恰恰说明了“绝对性原理”，我们甚至可以将爱因斯坦狭义相对论前提的“两个不变”看成是“两个教条”，他否定了绝对参考系，惯性参考系和非惯性参考系都是相对的，没有一个参考系可以获得改变物理学规律和光速不变性的“特权”，他却肯定了物理学规律和光速不变性的绝对原则。爱因斯坦的狭义相对论含有绝对论的“两个前提”，因此不能将他的相对论理解为“纯粹的相对论”，而是在相对性的描述中含有绝对的条件，在绝对性的描述中含有相对的内容。我们能够接受爱因斯坦的“两个不变”，这是因为迄今为止的物理实验证实了物理学规律的不变性，历史上的实验证实了光速的不变性。我们多少怀疑他的“两个教条”，这是因为现代物理实验出现了光速不变性的偏离，在很多的天文观测中发现了某种光速的异常变化。如果目前“势头正旺”的“修正引力理论”获得实验和观测的证实，那么需要对牛顿和爱因斯坦的引力理论进行“修正”，物理学规律不变性的“公设”就会遇到难题，我们因此会从相对性、或弱的“等效原理”来理解物理学规律在所有参考系中保持不变的相对性原理。

爱因斯坦在1915年建立的广义相对论依据了两个前提条件，第一个前提条件是广义相对性原理，即：所有的物理定律在任何参考系中保持相同的形式，第二个前提条件是等效原理，即：惯性力场与引力场的动力学效应从局部来看存在等效关系。广义相对性原理又称广义协变性原理，指的是在包括惯性系和非惯性系在内的一切参考系中，物理学定律都有相同的数学形式。广义相对性原理是物理学最基本的原理之一，该原理排除了绝对参考系，没有一个参考系具有优越性，所有的参考系都是等价的、平权的，在一个参考系中建立的物理定律，通过适当的坐标变换，可以适用于任何参考系。狭义相对性原理虽然把伽利略的相对性原理推广到整个物理领域，却并不能包括非惯性参考系，爱因斯坦把相对性原理推广到一切参考系，广义协变性原理要求物理定律在任意坐标变换下是协变的。可以从宇宙哲学的“等效原理”来解释广义相对性原理，即：在所有的参考系中，物理学规律都是等效的。狭义相对性原理指的是物理学规律在一切惯性系中保持不变，而广义相对性原理指的是物理学规律在一切参考系中保持不变，由于参考系既涵盖了惯性系，又涵盖了非惯性系，比如：涵盖了加速运动的参考系，因此，广义相对性原理既包含、又超越了狭义相对性原理。爱因斯坦对广义相对性原理第一个前提的描述没有使用“等效原理”的词语，而在第二个前提的描述使用了“等效原理”的概念。

那么，什么是爱因斯坦提出的不同于宇宙哲学原理的“等效原理”昵？我们可以从广义相对性原理的第一个前提推出它的第二个前提，既然物理学规律在一切参考系中保持一致，那么可以推断：物理学规律在一个惯性参考系和在一个加速运动的非惯性参考系保持不变。比如：可以将一部离开地面的加速向上运动的电梯看成是一个加速运动的非惯性参考系，而将地面的引力场看成是一个惯性参考系，爱因斯坦的“等效原理”、或广义相对论的第二个前提认为一部离开地面、向太空加速运动的“电梯参考系”等效于一个地面的引力参考系，比如：当我们在这部封闭的电梯中看到一个小球从电梯的上部落在电梯的下部时，可能有两种解释，第一种解释是电梯不动，小球在地面引力的作用从电梯的上部落在下部；第二种解释是电梯动，以加速度离开地面，加速度的大小等于重力加速度，小球同样从电梯的上部落在下部，第一种解释和第二种解释是等效的。爱因斯坦从以上的“思想实验”中得出了第二个前提，即：一个引力场等效于一个加速运动的非惯性场。爱因斯坦并没有从广义相对性原理的第一个前提推出第二个前提，而是诉诸了另一个物理学的“等效原理”，即：引力质量等于惯性质量，或者说引力效应等效于惯性力效应。从引力质量等于惯性质量的“等效原理”出发，可以得出广义相对论第二前提的结论。就像光速不变原理不是爱因斯坦的发现一样，引力质量等于惯性质量也不是他的发现，这一“等效原理”属于伽利略的发现，因此，本作者提出的宇宙哲学的“等效原理”最早可以追溯到伽利略。我们知道没有伽利略的发现，不会有牛顿力学的诞生，现在我们知道，没有伽利略的成果，不会有爱因斯坦广义相对论的出现。历史上的科学发现既有突破性，也有连贯性，从伽利略到爱因斯坦遵循了科学发现的规律。

（邓如山[email protected]）

（Fromthephilosophyof“equivalenceprinciple”toseethebirthofGeneraltheoryofretivity)

♂狂♂人♂小♂说♂网*♂www.du♂shu.k♂r♂丝♂路♂文♂学♂网*♂www.su♂ns♂il♂u.c♂om