广义相对性原理是广义性对论的“公设”、或者前提条件，广义相对性原理给出了两个“公设”、或者两个前提条件，第一个前提条件是一切物理规律在所有的参考系中保持一致，或者表述为所有物理规律在任何坐标系下保持形式的一致性；第二个前提条件是“等效原理”，加速运动参考系与引力的局域参考系存在等价关系，既可以用加速运动的参考系来代替局域引力场，也可以用局域引力场来代替加速运动的参考系。比如：当我们在一个封闭的电梯内看到一个做自由落体运动的小球时，可以有两种解释：第一种解释是电梯静止，小球在地球引力的作用下加速落下；第二种解释是小球不动，电梯在远离地球的方向上加速向上运动，小球同样加速落下、第一种和第二种解释显然具有等效关系，在第一种解释中，小球受到了引力作用，在第二种解释中，静止的小球受到了惯性力作用，于是，广义相对论的“等效原理”指的是引力等效于惯性力。引力可以用牛顿的万有定律来表述，而惯性力作用可以用牛顿的第二定律来表述，将万有引力定律和牛顿第二定律联立起来，可以发现引力质量等于惯性质量，由于这种等效关系的存在，于是引力场等效于一个非惯性的加速运动场，爱因斯坦因此将狭义相对论的惯性运动推广到加速运动的参考系。

假设宇宙飞船是全封闭的，宇航员和外界没有任何联系，那么他们没有办法来判断，使物体以某一加速度下落的力到底是引力还是惯性力．实际上，不仅是自由落体的实验，飞船内部的任何物理过程都不能告诉一个内部的观察者，飞船到底是在加速运动，还是停泊在一个行星的表面。“封闭舱”、或“封闭的大船”概念首先由意大利物理学家伽利略提出，他是惯性系之间“等效原理”的发现者，爱因斯坦应用并推广了伽利略的“等效原理”，指出了“等效原理”不仅适用于不同的惯性性，而且适用于惯性系和非惯性系，引力场的惯性系和加速运动场的非惯性系存在等效关系。爱因斯坦认为一个均匀的引力场与一个作匀加速运动的参考系等价，把它作为广义相对性原理的第二条。1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，他在文章中第一次提到等效原理。他以惯性质量和引力质量成正比的物理规律作为等效原理的根据，提出局域的均匀引力场完全可以代替加速运动的参照系，认为在“封闭箱”内的观察者无法确定自己究竟是处于一个静止的引力场，还是处于一个没有引力场却在作加速运动的空间。惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然推论，从狭义相对性原理推广到广义相对性原理的关键在于等效原理，因为这一原理能使我们在加速运动的体系中找到狭义相对论的“惯性系”，使狭义相对性原理推广到非惯性系的参考系中，从而将狭义相对论和广义相对论结合起来。

如何理解爱因斯坦在狭义相对论和广义相对论中提出的两个“公设”、或“两个前提”？本作者发现：狭义相对论的“两个前提”、或两条狭义相对性原理是两条独立的表述，光速不变性原理和物理学规律在一切惯性参考系中保持不变性的原理没有关联，既然光速和物理学规律在一切惯性系中保持不变，属于一种“刚性原理”，就像开发商说中国人买房是“刚性需求”一样，那么本作者以为可以将狭义相对性原理理改为、或理解成“狭义绝对性原理”，从“狭义绝对性原理”出发，爱因斯坦发现了狭义相对论。本作者发现：广义相对论的“两个前提”、或两条广义相对性原理是两条紧密关联的表述，既然物理学规律在一切参考系中保持不变，引力场的惯性系和加速运动的非惯性系之间存在“等效原理”，属于一种“刚性关系”，就像开发商说民众买房等效于资产的保值、增值一样，那么本作者认为可以将广义相对性原理改为、或理解成“广义绝对性原理”，从“广义绝对性原理”出发，爱因斯坦发现了广义相对论。本作者之所以建议将狭义和广义相对性原理改为、或理解为狭义和广义“绝对性原理”也是为了纠正“相对论解释学”的一种倾向，即：一切理论和理论的前提都是相对的。比如：一个青年的男教师在上课时发现有很多漂亮的女生，他会感到上课的时间过得很快；相反，一个青年的男教师在上课时发现所有的女生都相貌平平，他会感到上课的时间过得很慢，这种感受只是“相对论”的心理学解释。“相对论”的时间流逝可快可慢，时间的“绝对性”则是时间不可逆转的流逝，就像2016年过去，2017年的到来不可逆转一样。

本作者发现：广义相对论的“两个前提”、或两条广义相对性原理可以合并成“一个前提”、或一条广义相对性原理。从第一条广义相对性原理出发，可以推出第二条广义相对性原理，或者从第二条广义相对性原理出发，可以推出第一条广义相对性原理。物理学家似乎不能证明广义相对性原理的那一条更为基本，或更为“刚性”，如果认为第一条原理是“公设”，那么第二条原理就是必然的推论；如果认为第二条原理是“公设”，那么第一条原理就是必然的推论，就像我们在哲学上的争辩：如果认为先有种子，那么生命就是从种子中诞生的；如果认为先有生命，那么种子就是从生命中成长的。在LIGO国际合作团队在科学史上第一次发现引力波之后，很多的科学人士和新闻媒体都在谈论爱因斯坦“最后的拼图”，反复强调了引力波的证实相当于完成了他老人家的“最后拼图”，本作者在之前的文章中否定了这种说法，指出了爱因斯坦的统一场理论才是爱因斯坦遗留的“最后拼图”，现在，本作者给科技人士和社会大众再出一道难题：如何统一爱因斯坦广义相对性的两条原理？如何理解他“隐藏”的一个“最后拼图”？如果爱因斯坦的第一条广义相对性原理是“刚性”的，那么如何证明物理学规律在惯性系和非惯性系中保持不变，为什么牛顿引力在惯性系中解释得很好，在非惯性系中得不到好的解释？为什么爱因斯坦的引力在非惯性系中解释得很好，在惯性系中却和牛顿的解释发生了冲突？如何理解万有引力在惯性系和非惯性系都保持不变？如果爱因斯坦的第二条解释是“刚性”的，那么如何证明惯性力等效于引力，惯性质量等于引力质量？迄今为止进行的物理实验证明了惯性质量等于引力质量，但是，有限的几项实验能够最终证明惯性效应等于引力效应吗？

爱因斯坦曾试图把万有引力定律纳入狭义相对论的框架，几经失败后，他终于认识到狭义相对论容纳不了万有引力定律，于是，他将狭义相对性原理推广到广义相对性，利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理，建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论。他创立“新时空观”的起因与19世纪末牛顿经典力学和麦克斯韦经典电磁理论趋于完善有关，当时的一些物理学家认为经典物理学的发展已经结束，但是，当他们运用伽利略变换来解释光的传播等问题时，发现了一系列尖锐的矛盾，开始对经典时空观产生怀疑。爱因斯坦针对这些问题，建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律，先是创立了狭义相对论，后是创立了关于万有引力本质的广义相对论。1905年，爱因斯坦发表狭义相对论后，开始着眼于如何将引力纳入狭义相对论的框架，从1907年到1915年的八年时间，在对引力相对性理论的探索经历多次失败之后，他于1915年11月在普鲁士科学院上发表了研究报告，讲述了著名的爱因斯坦引力场方程，这个方程描述了物体如何影响其周围时空的几何性质，“物体弯曲时空、时空引导物体运动”形成了广义相对论的核心要义。

虽然爱因斯坦独自完成了人类科学史最伟大的广义相对论，但是，就像他在狭义相对论中利用了伽利略变换和洛伦兹变换，以及光速不变的实验成果一样，他在广义相对论的研究中利用了“马赫原理”，19世纪的大物理学家马赫认为，时间和空间的几何性质不能先验地给定，应当由物质及其运动所决定。物质和物体运动影响时空的观点给爱因斯坦带来很大启发，导致他尝试用黎曼几何的数学工具来描述重力场周围的时空性质，写出了改变物理世界的场方程。仅仅靠广义相对论的两个原理：等效原理（惯性力场与引力场的动力学效应存在局部的等效关系）和广义相对性原理（所有物理定律在任何参考系中都有相同的形式）还不能得出广义相对论的结果，爱因斯坦没有将引力场和时空弯曲描述为“等效关系”，本作者从哲学概念的“等效原理”出发，将引力场和时空弯曲的等效性上升到宇宙哲学的“等效原理”。广义相对论是描述物质间引力相互作用的理论，爱因斯坦在1915年完成了这一理论，1916年正式发表，在物理学史上第一次把引力场解释成时空的弯曲。

经过以上的分析，本作者发现爱因斯坦在建立狭义和广义相对论的过程中四次应用了哲学概念的“等效原理”，第一次应用在狭义相对性原理的第一个“公设”、或第一个前提上；第二次应用在广义相对性原理的第一个“公设”、或第一个前提上；第三次应用在广义相对性原理的第二个“公设”、或第二个前提上，正式提出了“等效原理”概念；第四次应用在“马赫原理”上，将引力等效地解释为运动和加速运动的物体与周围时空的相互作用。从科学的角度出发，“等效原理”是一种“狭义等效原理”，仅仅指的是引力场等效于加速运动的参考系，或者指的是存在一种等效于惯性力的引力。从宇宙哲学出发，“等效原理”是一种“广义等效原理”，不仅涵盖了“狭义等效原理”，而且应用到物理和宇宙哲学的很多方面，比如：物理学规律在两个、或两个以上的惯性系中有相同的表现，物理学规律在两个不同的惯性系和非惯性系中有相同的表现，这些原理都符合宇宙哲学的“等效原理”。科学意义的“等效原理”首先是由伽利略提出的，爱因斯坦直接应用了伽利略给出的“等效原理”，应用一次“等效原理”并不能创建广义相对论，为了创立20世纪最宏伟的物理学原理，爱因斯坦至少四次应用了哲学概念的“等效原理”。本作者不是广义相对论的研究专家，只能从哲学上探讨一下广义相对论诞生的思想基础，算是对“爱因斯坦研究”做出了一点贡献。本作者近日看到一则报道，国外的一些科学家认为韩国、丹麦和瑞手等国在广义相对论的研究和教育领域做得最好，其实，中国的广义相对论教育和研讨无论在高校和科研机构，还是在民间学术团体和个人，广义相对论的介绍和传播都有深厚的土壤，可以将这些活动看成是振兴科学的尝试。

（邓如山[email protected]）

（Fromthephilosophyof“equivalenceprinciple”toseethebirthofGeneraltheoryofretivity)

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