主题：【原创】天上的星星不说话 -- 淮夷

由于很多以讹传讹的历史，相对论的故事将起来要复杂些。主要的虚构史可以在每本物理教科书中找到。它告诉你1905年爱因斯坦为了解释1887年麦克尔逊和莫雷在克利夫兰的实验的负结论构想了相对论。人们宣称麦克尔逊和莫雷发现地面观测到的光速与其方向无关。

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这个发现令人惊讶，因为可以想象如果光信号被发射到与地球自转相同的方向，观测者就会在一定程度上赶上此信号，于是光速在这个方向上显得更慢，如果光信号方向相反，观测者就会远离信号，于是光速显得更快。为了理解方便，我们可以设想一种极端情况，我们在光信号的方向上以光速运动。光会显得是静止的，速度为零，然而相反方向发出的光信号当然会以两倍光速远离我们。

这个实验应该显示出地球运动没有这样的效果，所以——教科书的故事继续讲——要用一个新的时空概念解释此现象，按照这个观念，我们或静或动总会观测到同样的光速值。所以“不需要参照任何外物必然静止”的牛顿空间被抛弃，同时被抛弃的还有与此对应的绝对运动的物体和绝对静止的物体的区别，而一个只允许表述物体相对运动的框架被建立起来。

但历史事实并非如此。还是一个16岁的学生时，爱因斯坦就在思考一个观测者同步追逐他自己发出的光信号会有什么有意思的结果。他的自转揭示他发现相对论是通过

“十年的思考……出发点是我十六岁就想到的一个佯谬：如果我以速度c（真空光速）追逐一束光，那么我会观察到以静止的空间震荡的电磁场方式存在的一束光。但是，不管是基于经验还是麦克斯韦方程组，似乎没有这样的事物。从一开始我的直觉就认为，从这个观测者的角度看，每件事的发生都必须遵守和相对地球静止的观测者相同的规律。“

这并没有提到麦克尔逊－莫雷实验。相对论的发现是建立在爱因斯坦理性直觉推动的纯粹思辨基础之上，此时他还没听说过什么实验结果。为了确认这一点，我曾致信爱因斯坦教授，他确认了如下事实：”麦克尔逊－莫雷实验在相对论的发现过程中的意义可以忽略不计“。

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事实上，爱因斯坦那篇报导相对论的原始文献几乎没有支持当前有关其发现的误解。它开头有一大段指出了运动介质电动力学中的异样，特别提到了在处理相对静止磁铁运动的电流和相对静止电流运动的磁铁时缺乏的对称性。它接着说“类似的例子，以及不成功的观察地球相对光介质运动的尝试，导致了这样的猜想：在力学和电动力学里，绝对静止是不可观测的……“常见教科书中把相对论作为对麦克尔逊－莫雷实验的理论应和是无中生有。它是哲学篇间的产物。爱因斯坦没有在至少五十年后才出现的观测结果帮助下发现了自然界的理性，而我们实证主义的教科书立刻用适当化妆的故事来粉饰这个丑事。

这段历史有一个更令人好奇的方面。爱因斯坦的工作很大程度上就是实证主义科学观的延伸，但他自己的成就不留情面的驳斥了后者。它最早由恩斯特.马赫明确表述，而此人正是我们已经看到的第一个鼓吹把科学看成时刻表或电话簿的人。他曾经全面的批判了牛顿关于空间和绝对静止的概念，因为它没有谈到任何可被经验检测的事物。他认为这是超越经验的武断和不可被经验检测的空虚。马赫强调牛顿力学应该被重写以避免提及任何相对运动之外的物体运动，爱因斯坦也承认马赫的书对儿时的他和后来相对论的发现有着“深刻的影响”。

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然而，如果马赫确实正确的指出了牛顿绝对静止的空间概念是空虚的——因为它不可被证实或证伪——那么爱因斯坦对牛顿空间的抛弃丝毫不会影响我们认为谁对谁错。他不可能导致新事实的发现。事实上马赫错了：他忘记了光的传播，也没有意识到以此为纽带牛顿的空间概念远远不是不可测试的。爱因斯坦意识到这一点，证明了牛顿空间的概念不是空虚而是谬误。

马赫的伟大在于提示了一个机械论的宇宙，其中牛顿假设的绝对静止的点被剔除了。这是一个超哥白尼观念，与我们的习惯经历完全对立。因为我们感知的每一个物体都被本能的放在了一个假定静止的背景中。

牛顿提出的原理“绝对空间”是“难以名状和静止不动的”体现了我们的直接感觉，抑制感觉的强烈倾向是通向基于理论并超越直觉的理论的一大步。这种理论的力量恰恰在于对理性的追求，但马赫却想把它从科学的基座中抹掉。毫无疑问，他的进步是建立在错误的基础之上，他攻击牛顿做出了虚无论断，却忽略了其论断——远不是空虚——是错误的这个事实。因此，马赫引领了爱因斯坦的伟大理论观念，感知到其中内禀的理性，尽管试图把他自己赖以理解此意义的人类思维的能力驱除出去。

但这个故事有个几乎荒谬的桥段还没有讲。1887年的麦克尔逊－莫雷实验，尽管被爱因斯坦引用来支持他的理论并在此之后被教科书错误的供奉为促使爱因斯坦发明相对论的关键证据，实际上并没有给出相对论所要求的结果！这个实验诚实的支持其作者的论断：地球与“以太”的相对速度不超过地球轨道速度的四分之一。但是这个观察到的效应不是可以忽略的；无论如何，至今未被证明可以忽略。W. M. Hicks于1902年首先指出麦克尔逊－莫雷的观测结果中存在正效应，然后米勒的计算表明这个效应等同于“以太漂移”速度为8到9公里每秒。再有，米勒及其合作者通过自1902至1926年的一系列实验，用新的更精确的仪器重复了麦克尔逊－莫雷实验，并得到了同样大小的正效应。

平常人受到的教育是要崇敬科学家，因为他们绝对尊重观测事实，并且他们理智达观、纯粹条件性的支持科学理论（总是准备在看到与之相矛盾的证据时放弃此理论），

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因此大家可能会想，当米勒在1925年12月29日美国物理学会的主席演讲中宣布这个显示“正效应”的压倒性证据时，听众们会立刻抛弃相对论理论。或者再不济，科学家们——习惯于从他们富于知性的谦虚的顶峰俯视其余武断的人类——也许会以同种方式暂不发表判断，等到米勒的结果可以在不破坏相对论的前提下被解释在说。但事实正好相反：任何建议，只要可能威胁爱因斯坦的世界图景所实现的新的理性，他们的思想就会对它关上大门，他们也几乎不可能再用另一种模式思考。没有人注意这些实验，证据被放在一边，人们希望也许有一天会发现它是错的。

米勒的经历明白的展示了，断言科学是建立在任何人都可随意重复的实验基础之上是多么的空洞无物。它说明，科学论断的批判性确认需要有识别自然理性的能力，同样的能力也被用在科学发现过程中，尽管更加底层。当哲学家们分析科学定律的验证时，他们一致的选择毫无疑问的定律作为样本，从而不可避免的忽视了这些能力的参与。他们不过是描述科学定律的实践演示，而非批判性验证。结果，我们得到了这样一种科学方法论：它不包含发现的过程，

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因为没有陈规可循；它也忽略验证的过程，而只涉及没有真正验证过程参与的例子，米勒宣布他的结果那会儿，相对论还没能作出几个可被实验验证的推论。他的实验支持主要

基于很多已知的观测。这个新的理论被认为更加理性的解释了这些已知现象，因为它是从一个可信的理性的原理出发导出这些解释的。与此相同的是，当牛顿用万有引力的一般性理论一锅端的解释了开普勒三定律，月亮周期和地表引力，它立刻拥有了额外的权威，而这还是在没有导出任何推论之前。正是相对论拥有的内禀的超群理性让马克斯.波恩早在1920年就向相对论“思想的优雅，无畏和清晰”致敬，称它使得科学的世界观“更加美丽和伟大”，而波恩本人的科学思想却很强调实验。

从那时起的很多年来以来，至少有一个相对论公式得到了广泛而精确的验证；这也可能是迄今唯一一个占据《时代》杂志封面的公式了。核反应中减少的质量()和释放的能量()不止一次的证明了这个关系，这里是光速。但这种对相对论的验证不过是证实了爱因斯坦及其追随者们的最初判断，这些人在这些验证之前很久就笃信此理论。而且，相对论的验证更是非同寻常的给予恩斯特.马赫的早期努力以合理性，他在为力学寻找一个更理性的基础时就开创了相对论的发展，而此时还看不到一条通向这个目标的路径。