愛因斯坦的相對論推翻牛頓力學了嗎？

05-28

我們反覆強調，『科學是一個相互還原整體，知識不能自成體系』，『牛頓力學是科學還原的大本營』。

20世紀初，由於相對論和量子力學的出現，人們普遍認為機械宇宙觀已經破產，甚至認為相對論和量子力學「推翻了」牛頓力學，前面文章對此有詳細論述，現在我們看看相對論是如何還原為牛頓力學的。

狹義相對論與經典時空的還原關係是以洛倫茲變換（Lorentz Transformation）來建立的。洛倫茲變換是狹義相對論中關於不同慣性系之間物理事件時空坐標變換的基本關係式。設兩個慣性係為S系和S′ 系，它們相應的笛卡爾坐標軸彼此平行，S′ 系相對於S系沿x 方向運動，速度為v，且當t=t′=0時，S′ 系與S系的坐標原點重合，則事件在這兩個慣性系的時空坐標之間的洛倫茲變換為：

式中；c為真空中的光速。其逆變換形式為：

不同慣性系中的物理定律必須在洛倫茲變換下保持形式不變。

從上面可看出，當速度v<<c時，洛倫茲變換會近似為經典力學的伽利略變換。

科學界不會輕易去接受與原科學知識不同的思想和創造是有其內在原因的。因為如果因簡單地很快接受，最後發現是錯誤的話，持「事後正確的角度」觀點的人肯定又會從另一個角度指責接受的人「輕信」。

「保守」「守舊」「輕信」等等指責都是屬於馬後炮。義大利數學家貝特拉米建立了羅氏的非歐幾何向歐氏幾何的還原關係後，數學界很快接受了羅氏幾何這一事實，表明了新科學認知向已有科學認知的還原工作是何等重要。同時也表明了科學界並不像我們想像的那樣無理由地「守舊」和「保守」。

真正的科學內部發展過程絕不存在、也絕不容許存在庫恩所說意義上的「科學革命」，它只會是「還原」與「調用」。

因此，牛頓力學的建立是一個科學革命，但相對論和量子力學絕對不是對經典牛頓力學的「科學革命」，更不是「推翻了」牛頓的經典力學，而是它們可以在宏觀條件下牛頓力學。科學的牛頓力學是絕對永恆的真理。一切新的物理學理論，如果不能再宏觀低速條件下還原為牛頓力學，它就絕對不可能被物理學家們所接受。

這就是為什麼亞里士多德的落體理論和托勒密的地心說早已成為歷史，而牛頓力學卻至今仍然是全世界所有物理學的基礎教程的原因所在。並且，牛頓力學至今仍然是現實生活中使用最廣泛的物理學知識。

系統論簡單地說牛頓的機械宇宙觀過時了，需要用系統宇宙觀看問題是遠遠不夠的。如果系統論不能還原為牛頓的機械宇宙觀，它同樣不能被稱為真正的科學。與相對論和量子力學類似，還原並非是說完全用牛頓力學來解釋，而是必須論證清楚是在牛頓力學的基礎上改變了什麼，增加了什麼，才使得宇宙呈現出與牛頓力學不同的規律，並且新的理論必須能夠完全地包容牛頓力學。

因此，不僅相對論和量子力學絕對沒有推翻牛頓力學，而且它們是以全新的方式，更精確和更清晰地再次證明了牛頓力學的科學真理性。

作者簡介