关于这个变换式的归属权问题，虽然发生过一点争议，但它已然叫洛伦兹变换式了，所以我们还是从洛伦兹说起。
洛伦兹证明，用伽利略变换，把麦克斯韦的电磁场方程组从一个参考系变换到另一个参考系时，真空中的光速发生了变化。
发现问题了吗？最后那句：真空中的光速发生了变化！
也就是说，在伽利略变换里，光相对于不同的参考系，具有不同的速度！
这和前面说到的事实（实验结果）严重不符。光速是不变的啊！
问题出在哪？当然是伽利略变换出了问题！
为什么这样说呢？当理论与实验、观测发生冲突时，清醒的判断是，理论出了问题。事实是脚，理论是鞋，我们的祖先2000多年前就告诫我们不要削足适履了！
伽利略变换是牛顿力学开疆扩土的利器，在牛顿力学运动中屡试不爽，战功赫赫，但是，一遇到光速，立马不灵了。

运用伽利略变换，我们可以得出，刘大师在船系的速度是10码，在唐系的速度是10+60码。但倘若把刘大师换成一束光，那就麻烦了，我们船系测得的光速是C，运用伽利略变换，就得出唐系结果是C+60，反之，唐系若先测出这束光速度是C，就会得出船系结果是C-60。
在前面，我们已经无比纠结、无可奈何、无可置疑地承认了，光速就是C，它不会为光源怎样、参照系怎样而改变。爱谁谁。而伽利略变换的结果，与麦克斯韦方程导出的固定光速相矛盾，与MM实验的结果相矛盾，还与我们观测MM的结果相矛盾。这可咋办？！
莫急，历史告诉我们，在牛人辈出的地球上，乱摊子总会有人来收拾的。
1889年，爱尔兰物理学家乔治·斐兹杰惹提出长度收缩假设，来解释迈克尔逊-莫雷实验结果：
物质呢，是由带电粒子组成的。一般情况下，粒子间的静电是平衡的，粒子的间隔就是平衡的，于是物质就能保持一个稳定的形态。
当物质相对于以太运动时，带电粒子产生的磁场，就会改变粒子的平衡间隔，于是物质就会产生收缩。他还给出了数学关系，缩短的程度取决于“物体的运动速度对光速的比率的平方”。眼熟吧？看看上面麦克斯韦是怎么说的。
根据这一原理，斐兹杰惹说，迈克尔逊-莫雷实验用的设备也是如此，实验时，它指向地球运动的方向的长度缩短了，而缩短的程度，恰好使我们无法探测到以太漂移（光速变化）！
真的好巧哦！

1904年，洛伦兹的论文《在一个速度小于光速的运动系统中的电磁现象》发表，他先把电磁场方程进行变换，而后引入一组新的独立坐标，进一步完善了他的变换式。
1905年，庞加莱对洛伦兹变换进行了改写、简化，并命名为“洛伦兹变换式”，写入了《电子动力学》，于1906年发表。
虽然公式不如帅哥美女那么养眼，但看一眼既不要钱，又不要命，还没人要你负责，况且，人家又是那样的大名鼎鼎，所以，不看白不看：

这就是洛老师的第二个伟大成就，洛伦兹变换的由来。
对本文盲而言，洛伦兹和庞加莱的推导过程十分繁杂，各种符号眼花缭乱，看了头疼，输入手疼，占用篇幅心疼，所以在这里不表述具体推导过程，只表述他们工作的简要过程和结果。
爱因斯坦从他的狭义相对论原理出发，推导这个变换式的过程要简洁得多。他在科普作品《狭义与广义相对论浅说》中，全程介绍了“洛伦兹变换的简单推导”。但是，即使是“简单”的推导，我把打印出来，也有近4页A4纸那么多，对本文盲而言，还是过于繁琐了。
前面说过，后来有人用勾股定理结合光子的运动，更简洁地推导出了这个公式。咱就看最简单的那个。
所以，我们现在不必急着读懂这个变换式，也不必记住它，当个图腾欣赏一下就可以了。因为它的表达形式不止这一个。更主要的是，我们在后面还要用勾股定理推导出它的关键因子，在推导过程中，该明白的地方，自然就明白了。
虽然洛伦兹把他的方程作为一种纯粹的数学手段，来证明运动物体长度收缩理论，用以解决光速变化和以太漂移不可测的问题，但它与后来狭义相对论的思想暗合（虽然洛伦兹本人没意识到这一点），它使人们对物体运动有了新的认识，对后来人们普遍接受这一变换式，起到了重要的作用。
洛伦兹本人几乎成了19世纪末、20世纪初物理学界的统帅，他把危机中的经典物理学推上了它所能达到的最后高度，却又为推翻它的物理学**埋下了伏笔。
当物理学**的号角吹响，经典物理大厦轰然崩塌时，洛伦兹说，他感到遗憾的是，为什么没在旧的基础崩溃之前死去。但是，洛伦兹的个性是“超个人”的，他对旧体系价值的怀念和惋惜，很快被接受新事物的愉悦所取代，彰显了海纳百川的大师风范。
上面这些人、这些事，看起来很晕，是吧？
晕就对了，因为当时大家都很晕，所有物理学家都意识到，必须要做点什么了，于是纷纷行动，踏出千万条长长短短的小路，却不知路的那一端，该通向何方。
洛大师是其中走得最远的一个，但他也在唱那同一首歌：敢问路在何方？后面那句大家都会：路在脚下。听起来帅呆了，用起来摔呆了。
所以，还得接着晕。

群雄逐鹿
俗话说，乱世出英雄。十九、二十世纪之交，正是经典物理大厦遭遇空前挑战、“黑云压城城欲摧”之际。
破旧立新？说来容易，其历程之艰险，非亲历不能体会。单论其难受程度，好比我们倾其所有，依山傍海建造了一座宅院，功能齐全，正当我们生活在里面幸福得像花一样时，突然有一天发现这块地产权是别人的，这是一座违章建筑，并且隔三岔五流氓来袭，非常不适合人类居住，想找块地重建家园吧，却又无从下手，拔剑四顾心茫然，揪心啊！
揪心也得从头再来啊！
昨天所有的荣誉，
已变成遥远的回忆。
勤勤苦苦已辉煌两个世纪，
今夜重又走入风雨。
我不能随波浮沉，
为了我至爱的真理，
再苦再难也要坚强，
只为那些期待眼神。
心若在梦就在，
天生我才不能白来！
看成败人生豪迈，
大不了是从头再来！
（据歌曲《从头再来》改写，若原作者不爽，本文盲立即自己写一首替之）
经典物理王国四面楚歌，风雨飘摇，不止是前面介绍的光、以太出了问题，现在，速度和质量也出了问题！抛除了这些，物理还能剩下些什么呢？
如果说，前期光速的固执，以太的死亡撼动了经典物理的根基，给人们带来了恐慌和迷惘，那么现在，速度和质量的暧昧关系则宣告了经典物理大厦的垮塌，同时也昭示人们，这是黎明前的黑暗。
一切还得从运动带电体说起。
19世纪80年代，一切现象表明，对于运动中的物体，旧的理论已经力不从心，需要一种全新的“电动力学”来支撑，于是，研究运动的带电体成为当时物理界的热点。
斯时，群雄四起。
1878年，亨利·奥古斯特·罗兰（美国19世纪后半期最重要的物理学家之一，为美国基础物理学从边缘走向世界的中心起到了承上启下、继往开来的作用）指出，磁场能量驱使带电体运动，比驱使不带电体运动，一定要做更多的功。为什么呢？罗兰给出的理由是，驱使带电体运动，有一部分能量用在建立新磁场上了（带电体运动产生磁场），他管这叫“电磁质量”。
咦？果然新颖！
这一论断，让人们对质量和速度的神秘关系产生了强烈的好奇心，纷纷采取跟踪、蹲守、围堵、死缠、暗访、偷拍、窃听等各种手段，刺探质量与速度的隐私。
功夫不负有心人，此后，质量和速度的花边新闻，不断被爆料出来。
1881年，约瑟夫·约翰·汤姆逊（英国物理学家，电子发现者，1906年诺贝尔物理学奖得主，打开通向基本粒子物理学大门的伟人）发现，带电的物体比不带电的物体更难加速，也就是说，带电物体质量、惯性更大。太扯了吧？为什么？汤姆逊用麦克斯韦理论扒了扒，认为是“电磁质量”增加了物体的机械质量，电磁质量随着物体的运动，增加了一个常数。
“增加”了一个“常数”，是什么意思？私生女？干女儿？女朋友？爱马仕假的？那么玛莎拉蒂就是手扶拖拉机改装的咯？
不管是什么意思，一个很明显的意思就是，牛顿大人关于“质量是一个常量”的理论是错误的！
质量这个老实巴交的家伙，一个无厘头动作，就让牛爷下不来台。但是没办法，汤姆逊用实验证实了，这个无厘头动作，不是偶然，而是质量从娘胎里带来的，改不了了。
英国物理学家、天才狂人奥利弗·亥维赛（就是和赫兹改写麦克斯韦方程的那位，上节也有他，还记得吧）觉得汤姆逊老师的工作挺好玩，于是开始钻研电磁质量，他把电磁质量当成真实的物质质量来计算。
算来算去有了重大发现，于是在1889年，一个万众瞩目的场合，他对牛魔王说：我反对这门亲事！对不起口误，他说的是，他不同意汤姆逊老师的意见。
因为，物体运动，质量增加的不是一个常数，而是随速度增加而增加，速度越快，增加越多。

1897年，西尔（G.F.C．Searle）假设电子相当于无限薄的带电球壳，计算出质量随速度增加的数值。
同年，约瑟夫·拉莫尔计算了电子的电荷加速度，得到了与“洛伦兹变换式”等价的变换式，由此推出长度收缩和时间膨胀的结果。公式是得到了，可惜的是，拉莫尔并没有打算相信它，只是把这些作为处理数学关系的手段，而拒绝从物理上理解它。

1901年，沃尔特·考夫曼（德国物理学家）在确定镭C发出的β射线（快速运动的电子束）之荷质比的实验中，第一次证实了电子的电磁质量与速度难舍难分，关系分外亲昵，他断言，如果电子的电荷不随速度改变，那么，电子的质量就要随速度的增加而增大。在随后的一段时期，他尝试通过实验来证实相关理论，但最终，没能搞到证据——足够精确的数据。
1902年，马克斯·亚伯拉罕（德国物理学家）提出一个理论，把电子看作一种完全刚性的球形粒子，用来揭秘质量和速度的关系，描述得风生水起，还导出一种质量随速度增加的公式，搞得有板有眼，一时间，这个理论雄踞一方，在质量和速度关系的众多版本中，格外夺人眼球。直到1940年，才最终被推翻，此是后话不提。

同年，洛伦兹完善了“斐兹杰惹-洛伦兹收缩”的假说，顺便也完善了洛伦兹变换式，导出了电子质量随速度变化的关系式，这与后来狭义相对论的质速关系式相差无几。这个关系式告诉我们，没有什么物质可以到达光速，因为物体趋近光速时，其质量将趋于无限大。无限大的质量，当然需要无限大的能量来加速它，而宇宙再大，能量也是有限的。所以，洛老师据此指出，光速，是物体相对于以太运动速度的极限。

……
本来，质量这家伙在物理界，给人的印象非常好，是踏实、诚信、矢志不渝的象征，刚刚获得物理脊梁奖，没想到和速度这妖精搅合在一起，居然就测不准了！花边新闻层出不穷，这事搞得物理界很懵，但大家一向对偶像的庸俗化有一种潜意识的期待——原来你也跟我一样，于是很快就化悲愤为兴奋，趁此机会狠狠娱乐了一把。好吧，我们还是正经点，换成官方的语气来八卦这件事。
经典物理大厦的岌岌可危，使人们在恐慌、迷惘之后，思想空前活跃起来，对不断涌现的新鲜观念，各代表团讨论氛围热烈，发言积极踊，使人感到十分振奋。
历史他老人家告诉我们，百家争鸣，必然造就新的时代；群雄逐鹿，总会出现杰出的领袖。如果说，洛伦兹是上述这些牛人里的佼佼者，那么，与之比肩的，就只有庞加莱了。

上文括弧里的公式没显示出来：
t'=t-vx/c^2

鹿死谁手
洛伦兹变换、长度收缩、四维空间、光速不变、质速关系、相对性原理……，到这里，狭义相对论似乎呼之欲出。
如果不仔细看，何止是呼之欲出，简直就是了！
所以，对于狭义相对论的所有权问题，存在过一些争议。
既然大家都有份，为什么要把狭义相对论归到当时默默无闻的爱因斯坦名下，而不顺水推舟地归到大名鼎鼎、如日中天的庞加莱、洛伦兹名下？！那样岂不是大家欢欢喜喜好过年吗？难道一向严谨精准的科学界，在这个问题上，脑子突然集体秀逗了？！！是不是是不是是不是啊？？！！！
当然不是。
那给个理由先啊！！有木有有木有有木有啊？？！！！
又木有你的份，你激哪门子动？理由当然有，何止是有，简直有的是！那是因为，他们虽然各自得到了狭义相对论的部分结果，却并没有得到狭义相对论的思想体系。
这样说吧，狭义相对论是一头大象，众位盲人都只是摸到这头象的一部分，他们谁也没认识到，这是一头活生生的大象！
证据就是，后来爱因斯坦的狭义相对论建立起来以后，他们既不信也不懂。建立一个自己不信也不懂的理论，可能吗？
既然有争议，那就从走在最前面、最可能有份的两位先驱说起吧。
哪两位？当然是摸象摸得最多的洛老师和庞天才了！
先说洛老师。
1909年，洛老师他在《电子论》中写道：俺的理论和小爱同学理论的主要差别在于，他使我们看到，光速不变、以太测不出，是普适的基本原理，而不是因为我们认为的收缩啊、测量手段啊等“补偿效应”引起的。这是洛伦兹自己承认的，他的认识与狭义相对论不同。
1915年，他总结自己没能提出相对论的原因：“如果我现在必须写最后一章，我一定给爱因斯坦的狭义相对论一个更为重要的地位。根据这一理论，运动系统电磁现象的理论达到了我没有获得的简明性。我失败的主要原因是墨守陈规，只把时间t作为真实的时间，而把地方时间t’仅看作一个数学辅助量。”洛伦兹提出了变换方程，却把它作为一种纯粹的数学手段，取得了正确的结果却不了解它深层的、真正的意义。
再说庞天才。
庞加莱长期对相对论保持缄默，这本身就反映出他始终都没有领悟相对论的深邃思想。而在庞加莱看来，相对性原理的数学意义远大于物理意义；对于真空中的光速，庞加莱没有它看成是一个普适常数，而坚持认为光对于以太才是不变的，虽然他质疑过以太的存在。他认为，光速测量的不变结果，是由于收缩导致的测量上的假象（补偿效应）。这与爱因斯坦相对论的根本思想相差甚远。
所以，尽管庞加莱得到了建立相对论的材料，却未能上升到相对论的高度。这样说很晕？那这样说吧，庞加莱搞到了鱼翅、海参、鸡脯、鸭肉、鸽蛋、香菇、冬笋、羊肘、猪蹄筋等等一大堆好食材，却不知道这些食材，再加上干贝、鲍鱼什么的，辅以考究的烹饪，就可以做成一道秒杀众生的名菜：佛跳墙。
试想，庞加莱对建立新力学期待已久，如果他窥见了其中的奥秘，岂能放过亲手建立它的机会！
直到他去世前不久，他还没有承认，他所预言的那个新力学已经被爱因斯坦建立起来了。他在给爱因斯坦写的推荐信中写道：爱因斯坦先生是我认识的最富创见的思想家之一……每当物理学出现了问题，他很快就能设想出各种可能性，预言一些新现象。我的意思并不是说，所有这些预言都会被证实，如果有可能做检验的话。相反，既然他是在多方面探索，我们就应当想到，他所走的道路，多数是死胡同。
我们现在都知道，这是庞天才最失败的一个预言。
赤兔马有了，青龙偃月刀有了，甚至还有了一张红脸、两只凤眼、五缕长髯，但是很遗憾，这人不是关二爷，怎能过五关斩六将？！
狭义相对论思想就是关二爷。
根据光速不变、带电物体加速质量增加等现象，推导出洛伦兹变换、长度收缩、质速关系等方程式是必然的。关键是，谁能窥透其中的奥秘，构建一个完整的思想体系，提纲挈领，揭示本质，不仅能得出这些推导结果，还能解释这些现象，由表及里融会贯通、和谐互洽。
我的心在等待。永远在等待？
不，他来了。

第十二章 狭义相对论（上）曙光
追光
1895年，风景如画的瑞士阿劳镇，一个16岁的少年脑子里出现一个古怪想法：一条美丽的光线划破夜空，去宇宙深处Happy，我追上去以速度C与她同去，会看见什么？一条优美动人的震荡不前的曲线——光波？但经验和麦克斯韦方程告诉我，不会发生这样的事情。或许，这根光线看起来和我坐在教室里看她时没什么分别。
从此，这个问题如影随形，欲罢不能，他痛并快乐着这样的“胡思乱想”。
光速虽快，但思想可及，总有一天，我会窥透你的秘密！
转眼10年过去了。
1905年，繁华而优雅的瑞士首都伯尔尼，一辆公共汽车例行公事地穿梭于繁华的街头。后车窗，一双永远好奇、清澈而又深邃的眼睛，看着伯尔尼最著名的钟塔，胡思乱想的脑子里又蹦出一个怪问题：
如果公共汽车以光速飞行，会怎样？
我说：会散架。
他没理我，脑子里却出现了一只指针被定住的钟。如果公共汽车以光速飞行，那么，钟发出的光追不上车，在车上人看来，钟的指针就定在光速飞行的那一刹那。如果超过光速呢？指针倒转……时间和空间是一体的，是能够变形的网状结构……
你知道，他就是10年前的那个追光少年。这个满脑子奇思怪想的家伙，现在瑞士伯尔尼专利局供职。他下了这趟公共汽车不久后，就发表了一篇与本职工作无关的论文——《论动体的电动力学》。
这时是1905年6月。
他指出：只要人们愿意抛弃绝对时间观念，以太就纯属多余。
喔唷，几百万年的时间观念，你说放弃就放弃，你以为你是谁？跟李刚很熟？
【图12.1】追光
当然，看见本章的题目时你就知道了，他就是本文的第三位超级牛人——阿尔伯特•爱因斯坦。
天才中的天才，巨人中的巨人。
但当时，他的名字不像现在这样，听起来五雷轰顶般响亮。
他去年才从专利局的临时工转正，得到这里的最低职称：三级技术员。
因此，他提出的古怪理论没有引起人们的注意。
1905年6月，还记得这个时间吧？庞加莱发表了《论电子动力学》，提出类似的观点。我们知道，爱因斯坦的论证比庞加莱的论证更接近物理，后者认为这个问题是纯粹数学性的，而且至死不接受爱因斯坦的理论解释。尽管如此，我们也不应该忘记，庞加莱从数学上与爱因斯坦理论的无意契合，前者的盛名，在促使人们后来接受相对论等方面，起到了重要的作用。
现在想想，《论动体的电动力学》的发表，真是悬而又悬。我们一条一条来看：
•爱因斯坦当时的地位平庸到了极点，在世人眼里，他与巍峨的科学殿堂毫不沾边，而他这篇论文的剑锋，却直指这座殿堂的塔尖和中柱。
•爱因斯坦当时赖以谋生的专业，与这篇论文所涉及的领域毫不相干，这就是说，没持证你就上岗了，还想当师傅，一个完全的“外行”，提出一个匪夷所思的观点，挑战当时的整个物理学体系。
•论文观念奇特，完全出乎直观认识之外，不像牛顿理论那样容易理解，包括物理学家也难以理解相对论，加之上述情况的影响，条件极其不利，但影响巨大的《物理年鉴》居然发表了它，教后人不得不佩服主编普朗克（就是当年被老师泼凉水的那个孩子）的慧眼和胸襟。如果换一个人看稿会怎样？
•作者名字前面没有挂上一排各位领导的名字，干净利落。在这种条件下，如果某些环节是另外的样子，这篇旷世奇文和爱因斯坦命运又会如何？

【图10.2】葡萄与至尊宝之专业与业余
实际上，1905年，爱因斯坦发表的论文不只这一篇，他发飙般地发表了6篇论文！
大哥，美国每年发表论文三十几万篇，咱国每年十几万篇，现居第二，拿下第一指日可待！小爱6篇而已嘛，用得着“发飙”？句尾还浪费一个叹号，你小学语文老师是谁？！！说啊说啊说啊说出来啊！！！！
亲呐，对不起，忘了说，这6篇论文的分量，够得上4个诺贝尔奖。
3月，《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，提出光量子概念，给出光子能量公式E=hν，完美解释光电效应。
4月，《分子大小的新测定法》，创造了一种测定分子大小和数量的新方法。
5月，《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》，解释了布朗运动，终结了物质是否由分子或原子组成的争论。
5月，《布朗运动的一些检视》，进一步充实了关于布朗运动的研究。
6月，《论动体的电动力学》，狭义相对论的出生证，物理**的宣言。
9月，《物质的惯性同它所含的能量有关吗？》，完美诠释了质能关系，得出永垂不朽的 。
这6篇论文为物理学三大领域：物质结构原子论、量子论和狭义相对论奠基，还顺便为其他学科，例如统计学等做出卓越贡献！
苍天呐，大地呀，世上原来真的有奇迹啊！哪位神仙姐姐给我出个主意吧：面对如此天才，除了膜拜，我们还能干些什么？
我想，那句话只有用在这，才字字掏心毫无虚伪绝不夸张：我对你的景仰有如滔滔江水连绵不绝，又如黄河泛滥一发~~不可收拾！
1905年因此光芒四射（本文盲坚决认为，只有牛顿提出万有引力的1666年可以与之比肩），史称爱因斯坦奇迹年。以至于100年后的2005年也跟着沾了光，被世界物理界和联合国确定为“国际物理年”，纪念爱因斯坦和他所做的工作，全球人民尤其是物理界狠狠地狂欢了一年，如果亲们当年在茶余饭后稍有留意，相信记忆犹新。
但在1905年，人们并没有意识到这一点，因为这几篇论文对人类科学的影响力直到很久以后才逐渐显露出来。可见，思想超前，目光高远，必经曲高和寡之痛。

为什么要拿地月距离甚至更远来说事？因为这样算出来的时间差我们更容易分辨、更容易理解，其实不论抛物的距离远近，道理是一样的。根据你用手电筒扔吴刚的例证原理，如果光速可以叠加，你和朋友打乒乓球，你将每次都先看见球朝你飞过来，然后才看见朋友挥拍。这样玩法是不是太诡异了？
其实，用“诡异”二字，并不能够说明，不诡异的就是事实，因为我们的现实，诡异到偶尔不诡异我们都会觉得更诡异。
这里需要特别强调的有两点：
一、这里的诡异，是指与观测严重不符，到目前为止，无论是日常观测，还是科学观测，都没有发现事件后发先至的诡异现象。光速在事实上是没有叠加的。也就是说，光的传递速度是不随着光源速度的改变而改变的。
二、如果你坚持不信，那好，你也可以套用上面的公式，把光速不变的情况算一下，我保证，不会出现事件顺序颠倒的诡异现象。这与观测相符。所以我敢跟你赌1块5毛钱。
在光速不变这个问题上，实际观测十分靠谱，我们可以这样推测一下：
在浩瀚的星辰中，除了自转轴恰好指向我们的天体以外，其余天体在自转时，都是一侧转向我们，另一侧转离我们（若想象不出来，捏起拳头转一下就看出来了），周而复始。
如果光速可以叠加，那么，两侧发出的光，速度就各有差异。这些星光，动辄需要几百上千甚至几十亿年才能到达地球，在这漫长的旅程中，快光必定超出慢光很多年到达地球，而它们，在我们视野中都是有位移的，那么，我们就会观测到很多成对的月牙状恒星，或者线状星轨。
但实际上，我们从未观测到这种情况。
在后面的红移、蓝移中，我将用咱俩小时候常玩的一个游戏作为例证，再次证明光速是不变的。
神马？你问后来你和嫦娥姐姐怎么样了？你们的私事居然来问我？她当然还在月亮上了，去吧。刚才我俩比赛薅兔毛时，吴刚在旁边还提起你来着。
对了，如果你看文中任何一处的“你”不爽，那就换成“我”好了。
“光速不变”后来成为狭义相对论的两条基本原理之一。有反相对论者认为这一原理是荒唐的，他们利用“声速在相同密度空气中传播速度相同”这一现象，套用爱因斯坦的推导方法，推导出以“声速不变原理”为基础的“相对论”，来反证相对论原理错误。
本文盲看后，不得不承认这种做法十分聪明，但这些大侠忽略了一个基本事实，声音本身不是一种独立存在的物质，而是物质的震动，这种震动的传播，以及传播速度，依赖于产生震动的物质，而这些物质的运动速度是可变的。
比如，声速是每秒340米，你在每秒30米的风中喊话，你的声音会以每秒370米的速度传向下风口——可与传媒速度叠加。
再比如，列车每秒30米匀速前进，我在车厢里说话，声音会相对于列车这个惯性系以每秒340米传播，但在轨道边站着的你看来，声音以每秒370米的速度传向车头，而以每秒310米的速度传向车尾——可与惯性系速度叠加。
不必举更多例子，我们把声音传播的可变结果与光速测量的结果比一下，就知道二者根本不是一回事，声音只是相对于它在其中传播的媒介而言速度不变。
还有一点很关键，光是独立存在的物质。
所以，“声速相对论”可以看做一个阿凡提式的机智。
好了，我们用能想到的各种方法得出同一个结果：任由咱们怎么折腾，光速对我们都涛声依旧。所以，葛格美眉们交流或交换感情，不要空口套白狼式的海誓山盟，也不要“钻石恒久远、一颗永流传”式的物质象征，这些东西只是变得慢一点而已，物理学地质学心理学和化学都纷纷告诉我们，没有不变的东西。除了光速。
到目前为止，人类只掌握了一个确定量：光速。我们的空间、时间概念，均以此定义。

1.物理定律在任何惯性系中都相同。
2.光速不变。
经过前面的艰苦历程，我们不难接受这两条原理，因为到现在，它们在我们心里就像地球围着太阳转一样，已经不再是什么深奥的科学理论，而只是简单的事实。
同样是刀，在我手里西瓜都切不齐，在罗丹手里就能塑成思想者，在刘邦手里还能斩蛇起义成就大业。这两个简单的事实，到了史上最强大的三级技术员爱因斯坦手里，就掀起了现代物理学**，改造了人类的宇宙观。
接下来，《论动》分运动学、电动力学两大部分，探讨了时间、空间、物质与运动的关系，探讨方式是，以两个原理为基础，由浅到深，用缜密的逻辑推理和数学推导得出结论。
这样一来，整个过程就难免枯燥、繁琐，尤其是那一堆一堆的公式，别说看，想起来都头疼，所以，在这里，咱俩只挑其中最短、最简单、最重要的是公式最少的第1节、第2节（共有2章10节），假装学习一下，就可以翘课了。
我试着把它翻译成大白话，与君共飨。但是有两点，我们一定要有足够的心理准备，并且提起精神来：
一是因为这里不得不动用初中数学了，不过，咱要是看公式过敏，直接跳过去好了，误不了二路汽车。
二是根据原文翻译，这就要全程叙述推导过程，再有趣的推导过程，也是从一个公式到另一个公式，枯燥是难免滴。
但是，这可是爱因斯坦的相对开山论文啊！不品品其中的滋味，怎一个憾字了得？！
那，还等什么？开始吧。
翻译之前，有件事咱得达成共识（唉，我怎么这么罗嗦）。
我们知道，在科学论文里，为了避免歧义，即使是大家都明白的东西，论文作者也不得不把话说得十分缜密精确。
比如，平时我们说，“吃好喝好”，大家都明白。
但放在论文里，就会出现歧义：什么叫“好”？吃喝到什么程度才算“好”？笼统的东西就是这样，不问没问题，一问全是问题。
所以写论文就得这样说，“饮食应尽量消除饥渴感，满足身体补充能量的本能需求，以及咀嚼、味觉、吞咽刺激带来的感官快感，进而使精神愉悦（以营造亲切友好的社交氛围）”。
这样说话，在语言表达上难免枯燥、冗长、拗口，读起来费劲。
所以，这里的所谓翻译，就是直接写出大家明白的话，亲们配合一下，别往歪了想，别死抠字眼，就万事大吉。好，现在开始！

在读《论动》之前，我们得讨论一下，什么叫“同时”，因为《论动》第1节讨论的就是“同时性的定义”。所以，我们先跟小爱同志做一个关于“同时”的思想实验。
什么是“同时”。
现在我们请牛郎、织女和你一起来做这个实验。我负责解说。
牛郎、织女负责坐在一列匀速直线行驶的快车上，车的名字叫“爱因斯坦列车”，简称“爱车”。与高铁比起来，此车更神速。
你的任务很光荣很艰巨，负责矗立在乍暖还寒的站台上，眼巴巴地等爱车经过，眼睛一眨不眨地观察。
很不幸，按照史上最强八婆王母的规定，牛郎和织女照旧不能坐在一起，牛郎在车头，织女在车尾。
所幸的是，他俩之间没有其他乘客，依然可以相互遥望。
但不幸的是，现在车内外漆黑一片，没有光。没有光的意思是，他俩仍然互相看不见。
万幸的是，在他们的正中，有一盏灯。这盏灯在爱车经过站台时，闪了一下光。
君坐爱车头，我坐爱车尾，日日思君不见君，所幸车同轨。这一闪，虽是那样短暂，却是他们最甜蜜最迫切的奢望——这是他们看对方一眼的唯一机会！他们满怀期待，感恩地睁大双眼。亲，瞥你一瞬，足慰我心！

【图12-5】爱因斯坦列车之车上观测
很自然，他们如愿以偿，“同时”看到了对方。因为，灯、牛郎、织女都在爱车这一个惯性系，对他们而言，他们就是“静系”，物理现象和在地面上没什么分别。在这里，无论我们做什么物理实验，再到我们的卧室去做同样的事，得到的结果都一样。这盏灯在他们正中，所以，灯发出的光，以同样的速度传向四周，自然就同时到达牛郎和织女。
这一点也不奇怪。
奇怪的是，在站台上的你，却先看到织女亮了一下，然后牛郎才亮了一下。
What？！牛郎和织女认为同时发生的事情，咱俩看起来居然是先后发生的？！
Why？！
因为，你和牛郎织女所在的参照系不同。人家在车上飞奔，而你在站台上呆立。
在你的参照系，光速当然也是不变的，灯闪时，你看到，光从闪光点出发，以同样的速度C射向四周。然而，光传播时，列车依旧向前飞奔，在站台上的你看来，车尾的织女与刚才的闪光点距离在缩短，相反，牛郎与闪光点的距离在拉长，灯光当然先到近的地方，所以，你看到，灯光先到达织女，然后才到达牛郎！
啊？！
眼睛别瞪那么大，嘴也可以合上了。相信我，你们都没错，只是由于所在参照系不同，观察的结果就不同。

【图12-5】爱因斯坦列车之车外观测
如果一时理解不了，我们不妨反向思考一下，假设你我并排站在站台上，咱俩中间有一盏灯，它闪了一下光，那么对咱俩而言，光一定是同时到达你我，因为距离一样，光速是都C，所以用时一样。那么牛郎织女在飞驰的爱车上会看到什么呢？运动是相对的，对他们而言，爱车就是静系，他们观测到，站台飞快地与爱车擦肩而过，而那个闪光速度照样是C，你我其中一个在接近闪光点，而另一个在离开闪光点，光先到近的，再到远的！
这与我们观察牛郎织女没什么分别，所以图就用不着画了。如果你想看图，就把上面那俩图中的爱车车棚去掉，当它是站台就OK了。
这回没问题了吧？同一道光，不同参考系观测它到达的时间不同，所以我们管这个实验叫“同光异时”。
小爱告诉我们，所谓“同时”，只有在同一参考系才成立，不同的参考系，不仅运动这个活泼调皮的小家伙是相对的，就连时间这个看起来无比顽固死板的老家伙也是相对的！离开了参照系，就没有“同时”，也没有“现在”！OMG！
听起来特别扭是吧？别扭就对了，这是人之常情，哪怕眼睁睁看到新来的是真理，但只要与老观念相冲突，也不舒服，可见欺生、排外的斗争，不仅存在于群体之间、地域之间，也存在于个体的头脑中，与生俱来。不过没关系，克服它，咱就升级了。

光在第30秒到织女时，立即被反射，又经过30秒返回到牛郎。因为牛郎的表每30秒快1秒，所以这时，他看表，显示是第62秒。用表计时算出，光返程用时是62-30=32秒。
30秒≠32秒
光速没变，距离没变，但用表算出的来回用时不一致，就证明这两块表不同步。反之，如果用表计算的来回用时相等，就证明这两块表是“同步”的。
这个原理靠谱吧？
好，现在，我们就用这个原理，列出隔河对表的通用公式来。
牛郎拿着你砸吴刚的那只手电筒，用来观测织女。在郞时“tA”，一道光射向对岸，它在女时“tB”到达织女，被织女的照妖镜反射回去，光在郎时“t’A”回到牛郎这里。一共只有三个“时间点”，分隔一去一回两段时间。
我们算了一下，结果：
tB-tA=t’A-tB
这很容易理解，tB-tA，是光从牛郎到织女所用的“时间间隔”；t’A-tB，是光从织女返回牛郎的“时间间隔”。如果两只表不同步，那么这个等式就不成立。
牛郎织女隔着银河确定“同时”的这个实验，我们叫“隔河对表”。

【图12-6】异地“同时”定义
两个“时间间隔”相等，那么，这两只表就是同步的，对吧？
接下来，为了获得大家都公认的简单真理，以备后文之需，我们不得不作出两个简单的推测。有多简单呢？ 看完就知道了：
1.如果郎表与女表同步，那么女表就与郎表同步——后面这句结论正确得比废话还无聊吧。
2.如果郎表和女表同步，又和地球人你的表同步，那么女表和你的表也相互同步。这个结论也无比正确吧？
是不是简单到令你生气，以为它在侮辱咱俩的智商？这不要紧，要紧的是，你一看就承认它是对的。
那么好，根据上述经验，我们对处于不同地点的表，规定了它们“同步”的定义，就获得了“同时”和“时间”的定义，我们都承认这是一个很科学很靠谱的约定。
一个事件的“时间”，就是事件发生地的表当时显示的值，这块表和某一块特定的静止的表同步。对一切时间的测定，都以这块特定的表为参照。
恭喜你，在我们的实验里，这块特定的表，就是你戴的那块。
我们还可以根据小学算术“距离÷时间=速度”的公式，推导出：
2|AB|/(t’A-tA) =c
这个公式翻译成汉语：牛郎织女距离的2倍÷光往返的时间=光速。没问题吧？
既然没问题，那我们就把它当成一个普适的常数来用。
咱俩还得记住一个要点：静系的表定义的时间，叫做“静系时间”。
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8
1875楼

【图12-7】运动中的爱车时间及空间变化
没问题我们就看看结果：
rAB/(c-v)不可能等于rAB/(c+v)，是吧？
这意味着什么呢？
这意味着，tB-tA = t’A-tB这个等式不成立了！
我们没忘记“隔河对表”的事吧？只有当tB-tA=t’A-tB时，他俩的表才是“同步”的。
这就得出一个十分意外的结论：牛郎织女发现，他俩的表不同步！可是在站台上的你看来，他俩的表是同步的！！
这就会造成一个后果：
牛郎织女认为同步时，你看他们就是不同步的。如果以爱车的动系时间为准，他俩认为同步时，“同时”标出爱车的两个端点，在你看来，却是织女先标了车尾的端点，爱车接着向前跑了一小段后，牛郎才标出车头的端点，你派悟空去量这两点的距离，与金箍棒一样长。
而当以你的静系时间为准，看他俩“同时”在列车两端标出两点时，悟空拿金箍棒一量这两点，金箍棒比这两点之间的距离长——也就是说，运动中的爱车在你看来变短了！
见鬼了？！
后面我们会知道，这不是你的眼神不好，也不是测量的数学偏差问题，而是运动导致的物理结果。再唠叨一遍：物理结果！
小爱得出结论：没有绝对的“同时性”，要说“同时”，得看是相对于哪个坐标系而言。
从此，绝对时间观被粉碎。

在刻苦学习小爱论文的悲催时期，我们一连做了三个实验。准确地说，其实是两个实验。因为第三个实验，实际上是前两个实验的综合演习。
做了这么多实验，我们从肉体上到精神上都很疲惫了，所以在做下一个实验之前，我冒充一次领导，简单地做一下工作总结，就当休息了。好吗好的。
第一个实验：同光异时。它证明了时间是相对的，而不是绝对的。在一个参考系“同时”发生的事情，对另一个参考系而言，却是先后发生的。可见，时间与运动状态、空间位置密切相关。
由于不同参考系、不同位置的“同时”不好确定，所以我们抓耳挠腮，想了一个好主意，用来确定“同时”。于是有了第二个实验。
第二个实验：隔河对表。利用世界上唯一的“确定量”：光速，验证了一个可靠的“异地对表”方法。牛郎织女用了都说好，实践证明这果然是个好主意，也是唯一的主意。
既然是个好主意，那么我们就用它来做一件事，搞搞测量，来看看是啥结果，于是有了第三个实验。
第三个实验：测量爱车。结合前两个实验，用公式计算出两个结果：不同参考系的“同时”不是一回事；运动中的物体会变短。
如果你看这三个实验之间的关系和结果感觉很新鲜，哈哈，那么建议你回到这些实验，从头到尾再看3遍。
按照领导的惯例，这里我们需要强调三点。为什么非要强调三点呢？因为一两点就把事情说清楚了，显得讲话没水平。所以就算一个字能搞定的问题，也要把它拆出三个问题来。具体做法是吹气、注水、循环、没事找事。好，废话少说，下面我们来废话一下。
第一个问题，认真程度的问题。
这个问题最关键，所以放在第一。如果你以前没有系统地学习过物理知识，那么，即使你是个天才，也不能走马观花地浏览一遍本文，就指望把它全部搞懂。即使你曾经有这个想法，也要把它偷偷扔掉，千万不要说出来，这会让牛爷、麦爷这些大神抓狂的，会让我们这些凡夫俗子恼羞成怒的。
多给自己一点时间，静下心来，认真看，认真思考，有些地方一时看不懂，那没关系，回过头再研究下，总会豁然开朗的。你会发现，亲手拨开迷雾看到的风景，就像亲手揭开美丽新娘的面纱，亲手……是那样美轮美奂。
第二个问题，知识连贯的问题。
这个问题最重要，所以夹在中间。你读懂并记住前面的知识了吗？
虽然我们不考试，但有些关键的知识点，我们还是要搞懂并牢牢记住的。因为理论就像台阶，下面的不铺好，上面的就够不着。
理解这三个实验，我们至少要对以前的两个知识点做到无比熟悉，无条件接受，就像对自己的名字一样，你喜欢，或者不喜欢，它就在你家户口本里，你必须记在心里，脱口而出，不容置疑。
好在理解狭义相对论，只需要搞定两个旧的知识点。
知识点一：相对性原理，记住伽利略的船，以及咱仨在船里所做的一切，以及船里发生的一切，并且看看庞加莱和爱因斯坦是怎样发展相对性原理的。记住，所有匀速直线运动的参照系，你在其中做任何物理实验，得到的结果都等价于静止的参照系，是一样一样一样的啊！如果你觉得哪不对劲，那就回去仔细看10遍。什么？回去只看了9遍半就看懂了？才人啊！现在理解了没？在爱车里看来，不论车跑多快，从车厢正中间的闪光，必然同时到达坐在两头的牛郎织女。
知识点二：光速不变原理。光速不变，是指在真空里，无论光源怎么折腾，也无论观测者怎么折腾，你上量下量左量右量站量跳量跑量匍匐量翻筋斗量坐动车量趴火箭量骑扫帚量......光的速度都TNND是一个数：299792458米/秒。如果没记住，麻烦回去看10遍。100多年来，无数科学狂人、天才大牛，用尽各种精确到变态的办法，企图量出不同的值来，然后名扬天下，荣誉地位金钱美女滚来滚滚来。但迄今为止，无一成功。如果这样你还坚持不信光速不变，那麻烦你去量出另一个值来。如果不能，就只好委屈你，和我一起暂时相信这个残酷的事实。这没问题吧？OK，你在爱车外，爱车中间的那道闪光向四周等速传播，而爱车却向一个方向飞奔，一头离开闪光点，另一头接近闪光点，那么，光一定先照到接近闪光点的那一头，对吧？