我來科普一下如何“超越愛因斯坦相對論的侷限性”_風聞

相對論是不是完美無缺的？當然不是。

其實就在相對論誕生並逐漸被科學界接受的時候，就有人嘗試挖掘比相對論層次更深的自然規律，包括愛因斯坦本人也是一樣。從1915年廣義相對論發表到1955年科學巨星去世，愛因斯坦艱難地探索了40年大統一理論，最終抱憾而終。

期間還有很多科學家試圖做類似的事情，但研究成果基本都進了廢紙簍。

可以説，相對論誕生100多年來，試圖超越相對論的科學探索一直都未停止過，但到目前為止，基本都以失敗或是無法確定真實性而告終。

所以當國內某個民科舉起大旗批判相對論的時候，吃瓜羣眾不要急着歡呼，你們應該先問問這位民科是否明白相對論在講什麼，問問他是否清楚以往科學家們為超越相對論所做的研究？而且藉機補充一下自己的科學知識，也算是沒有白白被民科忽悠。

相對論能不能被批判？

當然能！

但是所有的批判都應該受到讚賞和歡迎嗎？

要知道，絕大多數門外漢式的批評都是胡攪蠻纏，沒有任何啓迪思想的價值。

要批判或者超越相對論，起碼要清楚相對論的思維基礎和他的侷限性是什麼，然後有的放矢。用哲學領域的辯證唯物主義去批判基礎物理學理論，這不是關公戰秦瓊麼？那位石油專業的教授不是第一個這麼做的，文革時期中國的理論物理學家就在這麼幹，而且還是學界主流。那時候叫做“政治掛帥”，很嚴肅的事情，涉及到階級立場。現在充其量就是“文革餘毒”、跳樑小醜，沒人真把他當回事。

好了，不説門外漢的政治或哲學問題，而且這門外漢的玩意跟辯證唯物主義也八杆子打不着，根本就是掛羊頭賣狗肉。

回到質疑的原點，我就想説説相對論的思維基礎和侷限性。搞明白這些了，吃瓜羣眾才能清楚批判的真偽和有無價值。

科學研究領域有一套堪稱支配性的思維方式，叫做“還原論”。意思就是研究範疇內的所有事物追根溯源都會有一個共同的起點，這個起點決定了萬事萬物規律上的一致性。比如太陽系包括地球在內都來源於銀河系早期的一次超新星爆發，所以我們之所以如此存在和存在哪些東西才能説得通；再比如地球上所有的生物都有一個共同的真核單細胞生物祖先，否則我們在染色體和蛋白質上的共同特徵就説不通；又比如地球上萬物構成都可以歸咎到一種叫做原子的東西，如此我們才能解釋所有的化學現象。

可以説，在“唯像學”領域，“還原論”思維起着絕對支配作用。那麼進入到形而上的本質規律探索呢？牛頓告訴世人：最基本的“力”支配着一切！牛頓用數學解釋並證明了蘋果落地、大河奔流和星辰運轉完全是受同一種力的支配，這對過去的人來説難道不是難以想象的奇蹟？三句話外加幾個數學公式就解釋了世界上大多數能夠看得到的運動現象，這種思想震撼是空前的：萬事萬物看似各不相同的運動原來都受一種規律支配？！而且人們可以用數學公式就明白和掌控這個規律？！

科學的威力不僅僅體現在那些力大無窮的機器上，他從思維方式上徹底改造了人的精神。人類開始努力進入過去曾經認為是“被神支配的領域”。牛頓之後，熱力學、光學、電磁學、化學的規律一次次被人們用簡單明晰的數學公式呈現出來，宇宙的本質是如此美妙和富有秩序，這讓科學家們更加迷醉於對“終極規律”的探索。

圍繞物理學的發現很多嶄新的數學工具被開發出來，數學規律的美妙和一致讓很多人認定整個宇宙的本質就是數學。數學家們更是瘋狂地鑽研更深層次的數學模型，比如高斯和他的學生黎曼，認定幾何最終可以解釋宇宙的一切，由此突破了歐幾里得的框架，創立了黎曼幾何。

所有這些物理學和數學研究都有一個共同點，就是千變萬化中總有一個基本東西是不變的，所謂萬變不離其宗。這個不變的基礎在科學和數學上叫做“對稱性”。所有科學規律的生髮和延展都基於一個明確的“對稱”，比如作用力和反作用力的對稱，比如力的方向性對稱，比如能量守恆，比如角動量守恆等等。

但麥克斯韋的電磁方程解決了電磁力對稱問題，卻跟牛頓力學發生了衝突，因為電磁力研究中出現了一個難題——光速不變。光速不變打破了伽利略變換的對稱性，這是第一個違反牛頓力學的基本原理。而且實驗證明：光速確實是恆定的！

牛頓錯了嗎？這讓太多人感到恐懼。人們不得不把籠統的“力”分成“引力”和“電磁力”來分開表述，然後各有各的規律，井水不犯河水，相安無事。

可是？宇宙的規律不是一致的嗎？“還原論”在這裏遭遇了空前的危機。

是將就着承認引力電磁力分治的現狀，還是探索更基本的規律讓二者消除矛盾重新統一？

大多數科學家選擇了前者——反正對現實科學研究和科技應用沒啥影響，而愛因斯坦選擇了後者。

“相對論”這個詞誤導性極強，就這個詞一般人根本看不出來愛因斯坦到底搞了什麼東西。可以這麼説，愛因斯坦之前的所有物理化學理論都可以叫做“相對論”，因為運動和變化本來就是“相對”的嘛。反而是愛因斯坦的理論第一次定義了“絕對運動”，用“相對論”稱呼簡直是坑爹。

相對論分為“狹義相對論”和“廣義相對論”，估計絕大多數吃瓜羣眾都是蒙圈的：啥是“狹義”？啥是“廣義”？

“狹義相對論”照愛因斯坦的正規説法是“關於物體運動的電磁動力學理論”，説實在的，跟它在科學界的分量相比，這個説法實在謙虛，換成“基於光速不變的萬物運動規律”最恰當——讓“狹義相對論”這種稱呼見鬼去吧！

在牛頓體系中，時空是絕對的，運動是相對的——這很符合人們的認知。到了愛因斯坦那裏，光速是絕對的，時空就只能變成相對的——這很違反人們的認知，所以能理解時空相對性的人類沒有多少，估計一萬個人裏有一個？反正搞石油的那位教授肯定理解不能，這可是高知啊！

所以愛因斯坦為啥被説成是天才？把一套牢固精密而且基本被事實證明是正確的理論的基礎完全顛倒過來，還能完美無缺地實現自洽，這是很多科學家想都不敢想的事，更不用説去做了。

當然科學理論最終不是一套花裏胡哨的説辭，只有數學公式才能確立他的嚴謹性。愛因斯坦很容易寫出了他的相對論公式，部分解決了宏觀物體運動和電磁波運動之間的矛盾。

這事説起來很難，但回頭看真不難，關鍵是能不能捅破那層窗户紙。本來普朗克很有希望，但他對牛頓太過於尊重了。

説簡單，是因為愛因斯坦只需要找一個新的“基礎對稱性”就行，剩下的就是思維和數學遊戲。基於時空相對性，就能把“洛倫茲變換”玩得飛起。這也是為什麼愛因斯坦做專利局小職員利用業餘時間就碾壓了當時幾乎所有的物理學巨擘——那時候愛因斯坦是妥妥的民科啊！

解決了慣性運動問題，下一步就是牛頓力學的核心——引力問題。怎麼在加速度當中解決宏觀物體運動和電磁運動的矛盾？這個問題就不簡單了。轉正為職業科學家的愛因斯坦在大學裏花了十年時間才搞出了“廣義相對論”。其中大多數時間是愛因斯坦在惡補數學知識。

説愛因斯坦偏科恐怕沒人反對，這老爺子從小就表現出對物理的天賦，但數學上，他的大學數學老師——大名鼎鼎的閔可夫斯基曾經罵他是“懶豬”。倒不是愛因斯坦數學有多差——肯定比高考數學上不了90分的強——但要拿來探索物理學前沿顯然遠遠不夠。

愛因斯坦花了數年時間惡補的數學知識就是黎曼幾何。

在狹義相對論中，時空變成了可以拉伸的橡皮筋，那麼更進一步，時空能不能變成可以用力揉捏的麪糰？能是能，可怎麼精確計算力的大小和所對應的麪糰的形狀呢？愛因斯坦研究廣義相對論的十年就是在專心搞這件事。最終，“局域分析”思維方式完成了整個理論的構建，並且成為現代物理學分析方法中的強力武器。

奇妙的幾何可以在宏觀和微觀兩方面解釋整個世界？這讓很多人心潮澎湃。一些人在狹義相對論發表不久就迫不及待開始了對重新統一引力和電磁力的研究——宇宙本源應該是唯一的，不應該為不同的領域設計完全不同的法則。

一位半民科的數學家卡魯扎同樣用幾何重新解釋了狹義相對論方程，這位老兄腦洞大開，用四維空間詮釋方程含義，其中現實中的三個維度可以代表引力，另外一個隱藏維度代表電磁力。

這種統一力的方式別開生面，數學推演上也無懈可擊。這位老兄很興奮，把研究成果寄給了愛因斯坦。愛因斯坦大呼絕妙，隨後是疑惑，畢竟沒人見過四維空間，第四個維度在哪裏？是如何隱藏的？這種根本無法用科學試驗證明的假説沒法成為權威性理論。後來隨着廣義相對論的出現，卡魯扎的設想也就進了廢紙簍。

這是第一次對超越相對論的嘗試。

後來的四十年，愛因斯坦在做同樣的事。甚至到了最後他還把卡魯扎的設想從廢紙簍裏重新拾出來，但超越自己的“廣義相對論”的夢想始終沒能成功。

為啥沒成功？

簡單一句話：時機沒到。啥叫“時機未到”？就是物理學的積累還沒有達到突破現有理論框架的程度。換句話説，就是愛因斯坦玩得太超前了，大半輩子做了無用功。

事實上愛因斯坦在美國的那些年基本上就是被科學界當做吉祥物供了起來，科學主流跟他沒半點關係，很多人去聽他的課的目的就是為了將來能向後輩炫耀“你爹（爺爺）我可是見過愛因斯坦的”。

愛因斯坦最後的失敗是因為他忽略了量子力學領域新發現的兩種短程力——強作用和弱作用。所以無論怎麼搞，都缺失了宇宙基礎拼圖最重要的部分——一頭大象拼圖缺了鼻子、屁股和兩條腿的部分，你怎麼可能完整拼出來？

現在四種力齊全了，是不是就能玩“大統一理論”了？

好像是，但事實上還是沒人能玩成。

如今標準模型重新統一了電磁力和弱力，利用自發性對稱破缺理論完善了量子力學對稱性的總體框架，正在走統一除了引力之外的其他三種力——也就是把強力拉進統一框架——這玩意難度太高，黑洞周圍時空的能級都沒辦法實現目標。

量子力學重新解釋了電磁力，還發現了強作用和弱作用，但對廣義相對論所統治的引力，目前毫無辦法。二者簡直水火不相容——引力在量子力學計算中毫無意義，不能被重整化；而相對論的光滑時空也不允許量子時空如同開水般的量子漲落。

所有搞理論物理的內行都清楚，超越相對論的夢想就在於解決相對論和量子力學之間的矛盾，用更高層次的大統一理論把二者徹底融合。

追究根本思路，其實就是找到一個（或者一類）新的對稱性，實現量子世界和宏觀世界基於新對稱規則的有序變換，再簡單一點，就是找到最基本的作用量公式，也就是找到“萬物至理”。

但問題就在這兒，相對論的基礎對稱性是非常明確的，而量子力學則不是這樣。目前堪用的標準模型還很粗糙，人們只能知道是這麼個規律，但為啥是這個規律則一頭霧水。也就是説，人們搞出來量子力學拿來用還不錯，但這玩意到底是啥誰也説不清楚。

連量子力學都沒有找到明確而精確的對稱性，奢望能夠找到更深層次的大統一理論的基礎對稱根本就是做夢！