我来科普一下如何“超越爱因斯坦相对论的局限性”_风闻

相对论是不是完美无缺的？当然不是。

其实就在相对论诞生并逐渐被科学界接受的时候，就有人尝试挖掘比相对论层次更深的自然规律，包括爱因斯坦本人也是一样。从1915年广义相对论发表到1955年科学巨星去世，爱因斯坦艰难地探索了40年大统一理论，最终抱憾而终。

期间还有很多科学家试图做类似的事情，但研究成果基本都进了废纸篓。

可以说，相对论诞生100多年来，试图超越相对论的科学探索一直都未停止过，但到目前为止，基本都以失败或是无法确定真实性而告终。

所以当国内某个民科举起大旗批判相对论的时候，吃瓜群众不要急着欢呼，你们应该先问问这位民科是否明白相对论在讲什么，问问他是否清楚以往科学家们为超越相对论所做的研究？而且借机补充一下自己的科学知识，也算是没有白白被民科忽悠。

相对论能不能被批判？

当然能！

但是所有的批判都应该受到赞赏和欢迎吗？

要知道，绝大多数门外汉式的批评都是胡搅蛮缠，没有任何启迪思想的价值。

要批判或者超越相对论，起码要清楚相对论的思维基础和他的局限性是什么，然后有的放矢。用哲学领域的辩证唯物主义去批判基础物理学理论，这不是关公战秦琼么？那位石油专业的教授不是第一个这么做的，文革时期中国的理论物理学家就在这么干，而且还是学界主流。那时候叫做“政治挂帅”，很严肃的事情，涉及到阶级立场。现在充其量就是“文革余毒”、跳梁小丑，没人真把他当回事。

好了，不说门外汉的政治或哲学问题，而且这门外汉的玩意跟辩证唯物主义也八杆子打不着，根本就是挂羊头卖狗肉。

回到质疑的原点，我就想说说相对论的思维基础和局限性。搞明白这些了，吃瓜群众才能清楚批判的真伪和有无价值。

科学研究领域有一套堪称支配性的思维方式，叫做“还原论”。意思就是研究范畴内的所有事物追根溯源都会有一个共同的起点，这个起点决定了万事万物规律上的一致性。比如太阳系包括地球在内都来源于银河系早期的一次超新星爆发，所以我们之所以如此存在和存在哪些东西才能说得通；再比如地球上所有的生物都有一个共同的真核单细胞生物祖先，否则我们在染色体和蛋白质上的共同特征就说不通；又比如地球上万物构成都可以归咎到一种叫做原子的东西，如此我们才能解释所有的化学现象。

可以说，在“唯像学”领域，“还原论”思维起着绝对支配作用。那么进入到形而上的本质规律探索呢？牛顿告诉世人：最基本的“力”支配着一切！牛顿用数学解释并证明了苹果落地、大河奔流和星辰运转完全是受同一种力的支配，这对过去的人来说难道不是难以想象的奇迹？三句话外加几个数学公式就解释了世界上大多数能够看得到的运动现象，这种思想震撼是空前的：万事万物看似各不相同的运动原来都受一种规律支配？！而且人们可以用数学公式就明白和掌控这个规律？！

科学的威力不仅仅体现在那些力大无穷的机器上，他从思维方式上彻底改造了人的精神。人类开始努力进入过去曾经认为是“被神支配的领域”。牛顿之后，热力学、光学、电磁学、化学的规律一次次被人们用简单明晰的数学公式呈现出来，宇宙的本质是如此美妙和富有秩序，这让科学家们更加迷醉于对“终极规律”的探索。

围绕物理学的发现很多崭新的数学工具被开发出来，数学规律的美妙和一致让很多人认定整个宇宙的本质就是数学。数学家们更是疯狂地钻研更深层次的数学模型，比如高斯和他的学生黎曼，认定几何最终可以解释宇宙的一切，由此突破了欧几里得的框架，创立了黎曼几何。

所有这些物理学和数学研究都有一个共同点，就是千变万化中总有一个基本东西是不变的，所谓万变不离其宗。这个不变的基础在科学和数学上叫做“对称性”。所有科学规律的生发和延展都基于一个明确的“对称”，比如作用力和反作用力的对称，比如力的方向性对称，比如能量守恒，比如角动量守恒等等。

但麦克斯韦的电磁方程解决了电磁力对称问题，却跟牛顿力学发生了冲突，因为电磁力研究中出现了一个难题——光速不变。光速不变打破了伽利略变换的对称性，这是第一个违反牛顿力学的基本原理。而且实验证明：光速确实是恒定的！

牛顿错了吗？这让太多人感到恐惧。人们不得不把笼统的“力”分成“引力”和“电磁力”来分开表述，然后各有各的规律，井水不犯河水，相安无事。

可是？宇宙的规律不是一致的吗？“还原论”在这里遭遇了空前的危机。

是将就着承认引力电磁力分治的现状，还是探索更基本的规律让二者消除矛盾重新统一？

大多数科学家选择了前者——反正对现实科学研究和科技应用没啥影响，而爱因斯坦选择了后者。

“相对论”这个词误导性极强，就这个词一般人根本看不出来爱因斯坦到底搞了什么东西。可以这么说，爱因斯坦之前的所有物理化学理论都可以叫做“相对论”，因为运动和变化本来就是“相对”的嘛。反而是爱因斯坦的理论第一次定义了“绝对运动”，用“相对论”称呼简直是坑爹。

相对论分为“狭义相对论”和“广义相对论”，估计绝大多数吃瓜群众都是蒙圈的：啥是“狭义”？啥是“广义”？

“狭义相对论”照爱因斯坦的正规说法是“关于物体运动的电磁动力学理论”，说实在的，跟它在科学界的分量相比，这个说法实在谦虚，换成“基于光速不变的万物运动规律”最恰当——让“狭义相对论”这种称呼见鬼去吧！

在牛顿体系中，时空是绝对的，运动是相对的——这很符合人们的认知。到了爱因斯坦那里，光速是绝对的，时空就只能变成相对的——这很违反人们的认知，所以能理解时空相对性的人类没有多少，估计一万个人里有一个？反正搞石油的那位教授肯定理解不能，这可是高知啊！

所以爱因斯坦为啥被说成是天才？把一套牢固精密而且基本被事实证明是正确的理论的基础完全颠倒过来，还能完美无缺地实现自洽，这是很多科学家想都不敢想的事，更不用说去做了。

当然科学理论最终不是一套花里胡哨的说辞，只有数学公式才能确立他的严谨性。爱因斯坦很容易写出了他的相对论公式，部分解决了宏观物体运动和电磁波运动之间的矛盾。

这事说起来很难，但回头看真不难，关键是能不能捅破那层窗户纸。本来普朗克很有希望，但他对牛顿太过于尊重了。

说简单，是因为爱因斯坦只需要找一个新的“基础对称性”就行，剩下的就是思维和数学游戏。基于时空相对性，就能把“洛伦兹变换”玩得飞起。这也是为什么爱因斯坦做专利局小职员利用业余时间就碾压了当时几乎所有的物理学巨擘——那时候爱因斯坦是妥妥的民科啊！

解决了惯性运动问题，下一步就是牛顿力学的核心——引力问题。怎么在加速度当中解决宏观物体运动和电磁运动的矛盾？这个问题就不简单了。转正为职业科学家的爱因斯坦在大学里花了十年时间才搞出了“广义相对论”。其中大多数时间是爱因斯坦在恶补数学知识。

说爱因斯坦偏科恐怕没人反对，这老爷子从小就表现出对物理的天赋，但数学上，他的大学数学老师——大名鼎鼎的闵可夫斯基曾经骂他是“懒猪”。倒不是爱因斯坦数学有多差——肯定比高考数学上不了90分的强——但要拿来探索物理学前沿显然远远不够。

爱因斯坦花了数年时间恶补的数学知识就是黎曼几何。

在狭义相对论中，时空变成了可以拉伸的橡皮筋，那么更进一步，时空能不能变成可以用力揉捏的面团？能是能，可怎么精确计算力的大小和所对应的面团的形状呢？爱因斯坦研究广义相对论的十年就是在专心搞这件事。最终，“局域分析”思维方式完成了整个理论的构建，并且成为现代物理学分析方法中的强力武器。

奇妙的几何可以在宏观和微观两方面解释整个世界？这让很多人心潮澎湃。一些人在狭义相对论发表不久就迫不及待开始了对重新统一引力和电磁力的研究——宇宙本源应该是唯一的，不应该为不同的领域设计完全不同的法则。

一位半民科的数学家卡鲁扎同样用几何重新解释了狭义相对论方程，这位老兄脑洞大开，用四维空间诠释方程含义，其中现实中的三个维度可以代表引力，另外一个隐藏维度代表电磁力。

这种统一力的方式别开生面，数学推演上也无懈可击。这位老兄很兴奋，把研究成果寄给了爱因斯坦。爱因斯坦大呼绝妙，随后是疑惑，毕竟没人见过四维空间，第四个维度在哪里？是如何隐藏的？这种根本无法用科学试验证明的假说没法成为权威性理论。后来随着广义相对论的出现，卡鲁扎的设想也就进了废纸篓。

这是第一次对超越相对论的尝试。

后来的四十年，爱因斯坦在做同样的事。甚至到了最后他还把卡鲁扎的设想从废纸篓里重新拾出来，但超越自己的“广义相对论”的梦想始终没能成功。

为啥没成功？

简单一句话：时机没到。啥叫“时机未到”？就是物理学的积累还没有达到突破现有理论框架的程度。换句话说，就是爱因斯坦玩得太超前了，大半辈子做了无用功。

事实上爱因斯坦在美国的那些年基本上就是被科学界当做吉祥物供了起来，科学主流跟他没半点关系，很多人去听他的课的目的就是为了将来能向后辈炫耀“你爹（爷爷）我可是见过爱因斯坦的”。

爱因斯坦最后的失败是因为他忽略了量子力学领域新发现的两种短程力——强作用和弱作用。所以无论怎么搞，都缺失了宇宙基础拼图最重要的部分——一头大象拼图缺了鼻子、屁股和两条腿的部分，你怎么可能完整拼出来？

现在四种力齐全了，是不是就能玩“大统一理论”了？

好像是，但事实上还是没人能玩成。

如今标准模型重新统一了电磁力和弱力，利用自发性对称破缺理论完善了量子力学对称性的总体框架，正在走统一除了引力之外的其他三种力——也就是把强力拉进统一框架——这玩意难度太高，黑洞周围时空的能级都没办法实现目标。

量子力学重新解释了电磁力，还发现了强作用和弱作用，但对广义相对论所统治的引力，目前毫无办法。二者简直水火不相容——引力在量子力学计算中毫无意义，不能被重整化；而相对论的光滑时空也不允许量子时空如同开水般的量子涨落。

所有搞理论物理的内行都清楚，超越相对论的梦想就在于解决相对论和量子力学之间的矛盾，用更高层次的大统一理论把二者彻底融合。

追究根本思路，其实就是找到一个（或者一类）新的对称性，实现量子世界和宏观世界基于新对称规则的有序变换，再简单一点，就是找到最基本的作用量公式，也就是找到“万物至理”。

但问题就在这儿，相对论的基础对称性是非常明确的，而量子力学则不是这样。目前堪用的标准模型还很粗糙，人们只能知道是这么个规律，但为啥是这个规律则一头雾水。也就是说，人们搞出来量子力学拿来用还不错，但这玩意到底是啥谁也说不清楚。

连量子力学都没有找到明确而精确的对称性，奢望能够找到更深层次的大统一理论的基础对称根本就是做梦！