自序

二十世紀(jì)初，物理學(xué)發(fā)生了兩場(chǎng)革命：量子力學(xué)和相對(duì)論。普朗克為了建立一個(gè)和實(shí)驗(yàn)吻合的黑體輻射公式（后被稱(chēng)為普朗克公式），不得不作了一個(gè)和經(jīng)典相矛盾的假設(shè)：能量量子化假設(shè)。正是這個(gè)非同尋常的假設(shè)，才使他推導(dǎo)出了正確結(jié)論，物理學(xué)才終于擁有了經(jīng)得起檢驗(yàn)的黑體輻射公式，普朗克也因此被尊為量子之父。然而，普朗克是個(gè)性格保守的人，隨后15年，他一直在“不應(yīng)背離經(jīng)典”的自責(zé)中尋求這個(gè)公式的經(jīng)典途徑。一般地說(shuō)，判斷一個(gè)公式的正確與否要經(jīng)過(guò)以下的檢驗(yàn)：一、推導(dǎo)過(guò)程是否符合邏輯，二、結(jié)論是否和實(shí)驗(yàn)吻合，三、假設(shè)是否具有基礎(chǔ)性。除此之外，本書(shū)作者還建議考量第四項(xiàng)，即：假設(shè)是否具有唯一性或不可替代性(相當(dāng)于充分必要性中的必要性)。要確定是否唯一，排他性檢驗(yàn)就成為必要。普朗克之后十五年的工作實(shí)際上就是排他性檢驗(yàn)。這項(xiàng)檢驗(yàn)最終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)足以取代量子的其它假設(shè)，也就是說(shuō)，普朗克公式的量子假設(shè)不可替代，舍此別無(wú)它途。至此，量子理論才正式粉墨登場(chǎng)，這就是近代物理的第一場(chǎng)革命。另一場(chǎng)革命就是愛(ài)因斯坦的相對(duì)論。與普朗克相反，愛(ài)因斯坦是改革型性格，這種性格往往和自信甚至是自負(fù)如影隨形，所以愛(ài)因斯坦在標(biāo)新立異、獨(dú)樹(shù)一幟地提出相對(duì)論后，尤其是在得到質(zhì)能公式和能動(dòng)公式后，他就不再考慮（起碼沒(méi)有任何記載他這樣做過(guò)）是否還有其它途徑，譬如經(jīng)典途徑，也能得到質(zhì)能公式和能動(dòng)公式，這就為本書(shū)的問(wèn)世埋下了“伏筆”。

前之不明，后之何清？為了將本書(shū)作者對(duì)相對(duì)論排他性檢驗(yàn)的獨(dú)特見(jiàn)解，即本書(shū)后半部的光速是常量的第四次解釋表述清楚，以推理的方式首先將相對(duì)論闡述出來(lái)是必要的。毫不夸張地說(shuō)，本書(shū)前半部分可以使任何受過(guò)高中以上教育的讀者在最短的時(shí)間甚至在一兩天內(nèi)弄懂相對(duì)論。其實(shí)，相對(duì)論的本質(zhì)就是“質(zhì)能等效”一句話這么簡(jiǎn)單。質(zhì)能等效的含義是：能量能夠稱(chēng)出重量（質(zhì)量），反過(guò)來(lái)，重量（質(zhì)量）也是能量的一種，是能量的一種特殊形式。愛(ài)因斯坦之所以偉大，正是因?yàn)檫@個(gè)了不起的發(fā)現(xiàn)。說(shuō)了不起是因?yàn)檎麄�(gè)牛頓力學(xué)都是基于質(zhì)量和能量不等效假設(shè)的。如果再想學(xué)的全面一點(diǎn)，補(bǔ)充五個(gè)字“時(shí)空私有化”或“一人一世界”就完全夠了。專(zhuān)業(yè)人員只要抓住這九個(gè)字，并能說(shuō)出來(lái)龍去脈及其相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，就全面掌握了相對(duì)論。

愛(ài)因斯坦說(shuō)，“相對(duì)論即使是個(gè)錯(cuò)誤，也會(huì)留下美好的回憶。”我認(rèn)為不僅是回憶，而且一定是科學(xué)史、思想史和方法論上的大事件。然而，相對(duì)論誕生已有一個(gè)世紀(jì)，居然許多人不能正確理解，尤其是它的優(yōu)美的邏輯推理，許多書(shū)把它寫(xiě)得佶屈聱牙，不知所云；相對(duì)論所蘊(yùn)含的思想——比相對(duì)論更珍貴的東西卻幾乎無(wú)影無(wú)蹤。這誠(chéng)然是因?yàn)樵瓌?chuàng)者愛(ài)因斯坦的原因，他一開(kāi)始不經(jīng)意定下了基調(diào)。一百年來(lái)，除了費(fèi)恩曼稍有創(chuàng)意外，幾乎所有版本都沒(méi)有突破愛(ài)因斯坦原始相對(duì)論的“窠臼”。愛(ài)因斯坦寫(xiě)相對(duì)論的時(shí)候，許多背景是不言自明的。然而，時(shí)過(guò)境遷，如果還要依樣畫(huà)葫蘆不敢稍有突破，勢(shì)必令人感到晦澀難懂。當(dāng)我在懵懂中終于明白這一點(diǎn)的時(shí)候，一條清晰的線索逐漸展現(xiàn)出來(lái)：相對(duì)論的前世今生，原來(lái)就是麥克斯韋第一次對(duì)光速是常量做出解釋?zhuān)�洛倫茲與龐加萊等人對(duì)光速是常量做出第二次解釋?zhuān)�相�?duì)論就是對(duì)光速是常量的第三次解釋。那么，本書(shū)第一部分就是重新表述相對(duì)論，第二部分、第三部分就是對(duì)相對(duì)論的排他性檢驗(yàn)，也是“光速是常量的第四次解釋”。作者認(rèn)為，即使把第一部分表述清晰，也只是綜述了前人的觀點(diǎn)而已；只有將這三部分有機(jī)地融合在一起，相對(duì)論才能算完整。

魚(yú)漁同授是我的一個(gè)夢(mèng)想：不但要把相對(duì)論的內(nèi)容寫(xiě)得清晰，而且要把愛(ài)因斯坦的思想和方法演繹出來(lái)。這個(gè)26歲依舊書(shū)劍兩蹉跎的本科畢業(yè)生為什么能夠建立如此完美的理論體系呢？

本書(shū)邊思考邊推導(dǎo)，對(duì)相對(duì)論進(jìn)行了精細(xì)演繹、深入剖析和充分欣賞。而后，仍然沿用愛(ài)因斯坦的思想和方法，調(diào)換角色，站在反對(duì)者的角度，給相對(duì)論提出了諸多悖論，最有代表性的就是彈簧悖論和質(zhì)量悖論。最終，奇跡般給出了光速是常量的第四次解釋。值得深思的是，這個(gè)解釋從“質(zhì)能不等效”（這是和相對(duì)論截然相反的）出發(fā)同樣得出了“質(zhì)能公式”、“能動(dòng)公式”和“光子的能動(dòng)公式”，從而在實(shí)用上能夠完全取代相對(duì)論。排他性檢驗(yàn)結(jié)出了迷人的碩果。頃刻間風(fēng)云突變，相對(duì)論是否正確，立即成了一個(gè)必須重新面對(duì)的問(wèn)題。但是，由于作者既不想片言折獄地反對(duì)相對(duì)論，也不想人云亦云地迷迷糊糊擁護(hù)相對(duì)論，而是只想弄清真相，因此，維護(hù)相對(duì)論時(shí)作者不遺余力，質(zhì)疑相對(duì)論時(shí)作者則絞盡腦汁。但是，究竟鹿死誰(shuí)手，本書(shū)則給出了一個(gè)具有可操作性的判決性實(shí)驗(yàn)——本書(shū)把它稱(chēng)為 “Ball�瞤ing實(shí)驗(yàn)”，即“光散射收斂效應(yīng)”，讓實(shí)驗(yàn)來(lái)決定勝負(fù)。

“光散射收斂效應(yīng)”是這樣的：由于相對(duì)論認(rèn)為質(zhì)能等效，能量有質(zhì)量效應(yīng)，因此運(yùn)動(dòng)物體所攜帶的動(dòng)能，會(huì)使其質(zhì)量變得更大。當(dāng)速度接近于光速時(shí)，運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量就會(huì)接近于無(wú)限大。因此，一個(gè)本來(lái)比乒乓球輕的鋼球，如果高速運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量就會(huì)十倍百倍于乒乓球，當(dāng)這種如此之重的特殊鋼球高速撞擊乒乓球時(shí)，鋼球卻有可能被乒乓球反撞回去。你一定會(huì)感覺(jué)到奇怪，因?yàn)�，乒乓球被撞飛時(shí)的速度越大，就表示動(dòng)能越大，動(dòng)能越大就表示其質(zhì)量越大，直至質(zhì)量變得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋼球，使本來(lái)的重碰輕變成了輕碰重（當(dāng)然輕碰重這一點(diǎn)是從碰后分析的）。如果用大光子代替鋼球（光速可以達(dá)到我們所說(shuō)的足夠快），用電子代替乒乓球，那么，按照相對(duì)論就能看到質(zhì)量大的光子被質(zhì)量小的電子反撞回去的奇觀了——這個(gè)現(xiàn)象叫做光散射角發(fā)散。與之相反，如果質(zhì)能并不等效，那么，這種比乒乓球重的特殊鋼球就永遠(yuǎn)不會(huì)被乒乓球反撞回去，即大光子永遠(yuǎn)不會(huì)被小電子反撞回去（表現(xiàn)為光散射角收斂）。光散射角就是光子碰撞電子之前與之后的運(yùn)動(dòng)方向的夾角。光散射收斂，就是說(shuō)夾角趨于零。

如果這個(gè)收斂效應(yīng)存在，偉大的相對(duì)論時(shí)代將從此結(jié)束，本書(shū)的光速是常量的第四次解釋將閃亮登場(chǎng)，這將是物理學(xué)的十級(jí)地震！甚至全世界都將為之瞠目。如果這個(gè)收斂效應(yīng)不存在，這不僅實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)家“在電磁場(chǎng)外檢驗(yàn)相對(duì)論質(zhì)速公式”的百年夢(mèng)想，而且無(wú)可爭(zhēng)辯地證明相對(duì)論經(jīng)受住了這場(chǎng)最嚴(yán)峻的排他性檢驗(yàn)，被相對(duì)論困惑因而對(duì)相對(duì)論耿耿于懷的人們將從此釋然。

因此，本書(shū)是一個(gè)里程碑。

牛頓力學(xué)沒(méi)有進(jìn)行排他性檢驗(yàn)，所以，200年后意外地被相對(duì)論覆蓋了。相對(duì)論沒(méi)有進(jìn)行排他性檢驗(yàn)，它是否會(huì)被本書(shū)的后相對(duì)論覆蓋呢？讓我們拭目以待！

在寫(xiě)作方面，鑒于相對(duì)論的特殊性——看似簡(jiǎn)單卻極其難以表述（我用時(shí)近10年才弄清相對(duì)論在說(shuō)些什么），因此，本書(shū)雖是專(zhuān)著，但語(yǔ)言上卻是解讀性的，以說(shuō)的清楚為唯一標(biāo)準(zhǔn)，敬請(qǐng)各位讀者海涵。

期待以書(shū)會(huì)友，期待您的支持，期待實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們的檢驗(yàn)。

張長(zhǎng)太2009年9月于北京

后相對(duì)論——光速是常量的第四次解釋目錄目錄
第一部分相對(duì)論的前世今生
第一章相對(duì)論誕生記
1��1為什么會(huì)誕生相對(duì)論？
1��2相對(duì)論先驅(qū)者的思想
1��2��1洛侖茲的收縮假說(shuō)
1��2��2龐加萊的觀點(diǎn)
1��3愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論
1��3��1相對(duì)論之前的愛(ài)因斯坦（1905年之前）
1��3��2愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的探索過(guò)程
1��3��3相對(duì)論的重要推論：長(zhǎng)度收縮、時(shí)鐘變慢
1��3��4同時(shí)的相對(duì)性
1��3��5質(zhì)能關(guān)系及質(zhì)量與能量守恒的統(tǒng)一
1��3��6質(zhì)速關(guān)系的推導(dǎo)
1��3��7愛(ài)因斯坦速度變換式
1��3��8相對(duì)論被世人接受的歷程
1��3��9相對(duì)論誕生的意義
1��4廣義相對(duì)論概述
1��4��1廣義相對(duì)論基本原理的提出
1��5愛(ài)因斯坦生平
1��5��1早期的愛(ài)因斯坦（1905年之前）
1��5��2愛(ài)因斯坦發(fā)明的第一個(gè)高峰——狹義相對(duì)論的建立
1��5��3愛(ài)因斯坦發(fā)明的第二個(gè)高峰——廣義相對(duì)論的建立
1��5��41916年在輻射量子方面提出引力波理論
1��5��51917年又開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代宇宙學(xué)
1��5��6統(tǒng)一場(chǎng)論的探索
第二章愛(ài)因斯坦自述相對(duì)論
第三章霍金之相對(duì)論簡(jiǎn)史
第四章為什么會(huì)誕生相對(duì)論
4��1為什么會(huì)誕生相對(duì)論？
——麥克斯韋方程還是邁克爾遜�材�雷實(shí)驗(yàn)？
4��2為什么會(huì)是民科？
4��2��1麥克斯韋錯(cuò)失發(fā)現(xiàn)相對(duì)論
4��2��2洛倫茲和龐加萊錯(cuò)失發(fā)現(xiàn)相對(duì)論
4��2��3只要敢于想象，你也可以發(fā)現(xiàn)相對(duì)論
4��3天才是如何造就的？——愛(ài)因斯坦的利器
4��3��1勇敢——幾乎就是成功的代名詞
4��3��2苦思——天下無(wú)敵的利器
4��3��3接受力——領(lǐng)先的法寶
4��4愛(ài)因斯坦理論的特色——演繹勝于歸納
第五章相對(duì)論的實(shí)質(zhì)內(nèi)容——究竟什么是相對(duì)論
5��1費(fèi)恩曼講相對(duì)論
5��2理論物理學(xué)中的相對(duì)論
5��2��1狹義相對(duì)論的基本原理
5��2��1（1）經(jīng)典物理的危機(jī)——第一次對(duì)光速是常量解釋的破產(chǎn)
5��2��1（2）經(jīng)典物理的危機(jī)——第二次對(duì)光速是常量解釋的破產(chǎn)
5��2��1（3）狹義相對(duì)論的基本原理——第三次對(duì)光速是常量的解釋
5��2��2狹義相對(duì)論時(shí)空變換公式及其推論
5��2��2（1）狹義相對(duì)論的時(shí)空變換公式
5��2��2（2）相對(duì)論的推論之一：動(dòng)尺收縮和動(dòng)鐘變慢（尺短時(shí)長(zhǎng)）
5��2��2（3）相對(duì)論的推論之二：速度變換公式（速度不再遵守加減法）
5��2��2（4）相對(duì)論的推論之三：加速度變換公式
5��2��3狹義相對(duì)論時(shí)間度量的相對(duì)性
5��2��4狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)
5��2��4（1）麥?zhǔn)戏匠探M在洛倫茲變換中的協(xié)變——力的定義和力的變換
5��2��4（2）狹義相對(duì)論動(dòng)力學(xué)——牛頓力學(xué)定律在洛倫茲變換中的協(xié)變
1�迸ｎD三定律的相對(duì)論修正；2�眲�(dòng)量及能量的變換式；3�辟|(zhì)量m的變換式；4�辟|(zhì)能關(guān)系；5�毕鄬�(duì)論實(shí)用公式大全——質(zhì)速公式及其衍生公式；6�痹谙鄬�(duì)論時(shí)空變換下，讓電荷q發(fā)生變化而不讓質(zhì)量變化是不自洽的；7�彼膫�(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
5��3相對(duì)論不止以上內(nèi)容——本書(shū)對(duì)相對(duì)論的深度理解
5��3��1能量具有質(zhì)量效應(yīng)是能量的內(nèi)稟性質(zhì)
5��3��2“倒講”相對(duì)論
5��3��3是否存在第三坐標(biāo)變換系？
5��3��4相對(duì)論的革命性革在哪里？
——相對(duì)論和牛頓力學(xué)的根本區(qū)別
第六章相對(duì)論的意義
第二部分相對(duì)論是否已是鐵論？
第七章質(zhì)能公式真的通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了嗎？
——大隱于陽(yáng)光之下的秘密
第八章在電磁場(chǎng)外可以驗(yàn)證質(zhì)速公式嗎？
布雪萊實(shí)驗(yàn)的解釋可能存在漏洞
第九章這臺(tái)光鐘表能代替時(shí)間嗎？
——在教科書(shū)中隱藏百年的無(wú)效推導(dǎo)
第十章孿生子悖論——180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)飛行
第十一章彈簧悖論（還是彈劾悖論？）——尺子真的會(huì)縮短嗎？
第十二章鋼球能被乒乓球反撞回去嗎？——Ball�瞤ing悖論
第十三章金生金及其它
13��1超光速的存在性——相對(duì)論與量子力學(xué)的深刻矛盾
13��2金生金實(shí)驗(yàn)——取之不竭的“克隆黃金”
13��3能動(dòng)等效嗎？——相對(duì)論無(wú)法解釋光子動(dòng)量的來(lái)源
13��4拔河悖論
13��5明燈不亮悖論
第三部分后相對(duì)論——光速是常量的第四次解釋
第十四章新的質(zhì)能轉(zhuǎn)換因子的發(fā)現(xiàn)
第十五章新的質(zhì)能轉(zhuǎn)換因子的推導(dǎo)暨光速是常量的第四次解釋
15��1新的轉(zhuǎn)換因子是質(zhì)量能公式的唯一來(lái)源
15��2從本書(shū)的基本假設(shè)推導(dǎo)轉(zhuǎn)換因子
15��3光速是常量的第四次解釋
第十六章理論上的檢驗(yàn)——原子彈之父究竟是誰(shuí)？
第十七章兩種理論的巔峰對(duì)決：實(shí)驗(yàn)
——α粒子的速度和光散射收斂效應(yīng)
17��1第一個(gè)實(shí)驗(yàn)——α粒子的速度
17��2第二個(gè)實(shí)驗(yàn)——Ball�瞤ing實(shí)驗(yàn)和光散射收斂效應(yīng)
第十八章為什么要重新檢驗(yàn)相對(duì)論
18��1黑洞存在嗎？——力對(duì)光子的作用
18��2洛倫茲力的猜測(cè)
18��3為什么要重新檢驗(yàn)相對(duì)論
附錄一一個(gè)新的質(zhì)能轉(zhuǎn)換因子與光的起源
附錄二光速是常量的第四次解釋
——質(zhì)能公式在經(jīng)典條件下的推導(dǎo)暨光散射收斂效應(yīng)
附錄三“光速是常量的第四次解釋——質(zhì)能公式在經(jīng)典條件下的
推導(dǎo)暨光散射收斂效應(yīng)”一文的評(píng)審與作者的答復(fù)
附錄四力對(duì)光的作用（之一）
后記

1. 高等教育多維評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與高質(zhì)量發(fā)展研究 [張妍 著]
2. 航海類(lèi)院校體育教育教學(xué)研究 [張利超 李寧 著]
3. 新時(shí)代背景下我國(guó)職業(yè)教育產(chǎn)教融合長(zhǎng)效機(jī)制建設(shè)研究 [王玉賢 著]
4. 產(chǎn)教融合視角高校體育專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建研究 [楊柳青 葉華兵 著]
5. 高職院校“德技并修·三育協(xié)同”的育人模式研究 [童世華 鄧丹楓 彭韓柳依 周葉]
6. 涼山脫貧地區(qū)鄉(xiāng)村治理研究 [余瀅 著]
7. 中國(guó)—東盟競(jìng)技體育文化共同體研究 [鄭花 著]
8. 電子認(rèn)證技術(shù)可信身份研究 [郭亓元 著]
9. 大學(xué)生理想信念教育研究 [李莎　著]
10. 基于深度學(xué)習(xí)的人體行為識(shí)別算法研究 [陳華鋒 著]
11. 粒子群算法在優(yōu)化選取問(wèn)題中的應(yīng)用研究 [尹浩 著]
12. 風(fēng)光水多能互補(bǔ)優(yōu)化調(diào)度及風(fēng)險(xiǎn)分析研究 [劉為鋒 郭旭寧 邢西剛 馬彪 ]
13. 海綿城市雨水花園可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)研究 [何茜 著]
14. 典型替代燃料的低溫氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)理論研究 [邢利利 著]
15. 職前教師職業(yè)倫理教育研究—以云南為例 [侯阿冰 著]
16. 氧化石墨烯在頁(yè)巖陶粒高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土中的應(yīng)用研究 [洪曉江 著]
17. 應(yīng)用型高校通識(shí)教育課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)研究 [唐敬偉 江娜 著]
18. 新形勢(shì)下全球價(jià)值鏈視角的地方汽車(chē)產(chǎn)業(yè)集群升級(jí)實(shí)證研究 [張兆英 著]
19. 化工分離技術(shù)與優(yōu)化策略研究 [王婷婷 著]
20. 廣西瑤族傳統(tǒng)服飾文化研究 [容婷 著]
21. 南陽(yáng)漢代畫(huà)像石造型語(yǔ)言研究 [龐國(guó)華 著]
22. 多維視域下的高�；@球教學(xué)創(chuàng)新研究 [張利超 李寧 著]
23. 三峽梯級(jí)電站水資源決策支持系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā) [姚華明 潘紅忠 湯正]
24. 農(nóng)村新型社區(qū)移民的社會(huì)適應(yīng)性問(wèn)題研究 [董洪清 蔡昌艷 馬衍陽(yáng) 徐學(xué)英]
25. 第四代系統(tǒng)論：全息系統(tǒng)論—全息系統(tǒng)的存在論、認(rèn)識(shí)論和方法論 [高展 著]
26. 海上風(fēng)電工程專(zhuān)利導(dǎo)航與知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)管理研究 [戚海峰 賈獻(xiàn)林 許丹�！≈鴀
27. 湖湘文化與交互藝術(shù)的融合創(chuàng)新 [徐英 尹志強(qiáng) 著]
28. 海洋工程裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究—以山東省為例 [王連海 馬強(qiáng) 郭俊杰 劉剛]
29. 黃河流域非遺衍生品傳播與經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)協(xié)同發(fā)展研究 [畢雪燕 趙爽 著]
30. 大學(xué)英語(yǔ)信息化教學(xué)探索研究 [張強(qiáng) 著]