我們都知道廣義相對論迄今為止是解釋宇宙中各事物宏觀態(tài)之間的關(guān)系最最廣袤的科學(xué)學(xué)說。是一步步從地心說到日心說再到現(xiàn)在的宇宙學(xué)迭代而來的，它又涵蓋了牛頓經(jīng)典力學(xué)，修正了“伽利略變換”和萬有引力。物理科學(xué)大廈的建造，就是靠著科學(xué)家學(xué)者們運用科學(xué)的研究方式，這樣一磚一瓦蓋起來的，當(dāng)然過程中又少不了局部的推倒重來?？茖W(xué)方法論的核心工具，便是邏輯思維。

運用抽象的思維去完全理解一個抽象的名詞、概念大到理論，其實是很難的，總覺得缺少點什么的支持。你的感覺是對的，這個“支持”就是能夠解釋抽象概念名字的例子和故事。人腦的學(xué)習(xí)方式和記憶習(xí)慣更容易接受具象的形式而非抽象，所以這就是為什么一個好的老師講課會通過幾個例子、故事來闡述一個抽象的概念，一個好的學(xué)生能夠更快的把抽象的概念變成自己的知識，也是因為運用了更多相關(guān)的例子、故事去理解這個抽象的概念，也就是舉一反三。

從常識到簡單邏輯

發(fā)生在我們身邊的現(xiàn)象，比如水燒開了以后會變成水蒸氣、站在公交車上的人因為突然剎車身體會往前傾這類現(xiàn)象，我們都能夠運用常識“汽化”和“慣性”來解釋，學(xué)過初中物理的我們還能夠用簡單的邏輯來進(jìn)行闡述：水由液體變?yōu)闅怏w就是因為水分子在熱能的不斷做功下液體分子具有相對高的動能后掙脫周圍分子的引力從液體表面躍出，形成蒸汽；剎車身體往前傾則是因為牛頓力學(xué)第一定律告訴我們“任何物體都要保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止”，所以我們有，公交車在做勻速直線運動，人相對于車廂是靜止?fàn)顟B(tài)，公交車因外力（剎車）改變了運動狀態(tài)，所以在車內(nèi)的我們也被迫要改變狀態(tài)，由靜止到運動（身體前傾），再到靜止（車停了）。

通過上面這個例子我們可以看出，由一個簡單的詞“慣性”到一個簡單的邏輯“經(jīng)典力學(xué)第一定律”來描述一個事實，后者聽起來更有道理，來的更全面。后者比前者高了一個認(rèn)知維度，讓我們對一個現(xiàn)象的認(rèn)知更全面通透。

牛頓力學(xué)這個看似簡單的邏輯不僅僅是為了解釋生活中的現(xiàn)象，它更大的學(xué)術(shù)意義在科學(xué)研究層面，為了解釋這世間的一切現(xiàn)象。于是，通過經(jīng)典力學(xué)我們學(xué)習(xí)到了更高維度的知識（邏輯規(guī)律）——慣性系。

參照系

說到慣性系之前，有一個很關(guān)鍵的知識點，就是參照系。參照系這個概念，是理解經(jīng)典力學(xué)和相對論的前提，所有的結(jié)論都是建立在各個參照系下的，不同的參照系所觀察到的數(shù)據(jù)也是不一樣的。所以，為了更好的理解內(nèi)容，小編在這里就和小伙伴們一起復(fù)習(xí)一下什么是參照系吧。

參照系里使用頻率最高的一個詞就是“相對于”，或者它還會以其他的形式出現(xiàn)，比如“在誰誰看來”、“在誰誰的坐標(biāo)系中”、“在誰誰的視角中”。比如小紅在操場的中心站著，小明坐在自行車上被爸爸載著繞操場轉(zhuǎn)圈，那現(xiàn)在我要來形容小紅的運動狀態(tài)，小紅會說：“我相對于主席臺是靜止的”“在主席臺看來，我是靜止不動的”；再來形容小明的運動狀態(tài)：“小明相對于小紅，是運動的”“小明相對于主席臺，是運動的”。通過以上例子我們可以很清楚的理解，相對于“誰”，或者在“誰”看來，這個“誰”就是參照系。

那么再增加一點難度，“相對于小明，小紅的運動狀態(tài)是？”“相對于小明，主席臺的運動狀態(tài)是？”聰明的小伙伴已經(jīng)想到答案了，相對于小明，小紅和主席臺都是運動的。

再來一個，“相對于太陽，小紅的運動狀態(tài)是？”“相對于月亮，小明的運動狀態(tài)是？”這兩個問題比之前的又難了那么一點點，但是仔細(xì)想一下很快就能想清楚：相對于太陽，小紅坐在地球這個“大飛船”上繞著太陽做公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)運動，那么小紅的狀態(tài)是運動的。第二個問題：相對于月亮，地球也是在運動的（雖然月亮圍著地球轉(zhuǎn)，但若將月球視為參照系，月球就是靜止的，相對于月球的地球就是在運動的），而在地球上做運動的小明，相對于月亮也是在做不規(guī)則運動的（想象一下你站在月球上的一個點A去觀察地球上的小明）。

是不是有點燒腦了？如果小明相對于月亮的問題實在難以理解可以簡化成：小紅站在月球上的A點不動，小明在地球的操場上坐著自行車移動，那么相對于小明，小紅的運動狀態(tài)是？（把視角固定在地球上去看月球，就更容易想象和理解了）

好了，理解了參照系，我們繼續(xù)往前走。

從慣性系到光速

在人類通過實驗證明光速是一個物理常數(shù)（具有確定不變數(shù)值的物理量）之前，人類理解世界上物體運動規(guī)律：質(zhì)量、速度、時間和距離（位移）相互之前的關(guān)系，運用最多的一個思維模型就是“伽利略變換”。理解“伽利略變換”之前，我們先要知道“伽利略相對性原理”?！百だ韵鄬π栽怼笔钦f：“在任何慣性系中，力學(xué)規(guī)律保持不變”。慣性系就是兩種狀態(tài)：相對靜止和相對勻速直線運動。力學(xué)規(guī)律就是指慣性定律和自由落體定律。這個原理也是奠定牛頓經(jīng)典力學(xué)的基石。通過這個原理，來解釋物體運動規(guī)律的思維模型“伽利略變換”就出現(xiàn)了。

“伽利略變換”這個看似挺專業(yè)和高大上的術(shù)語其實我們在小學(xué)就學(xué)過了，你不信？那我給你出道題：

小明在一輛時速為100公里/小時的火車上，朝火車運動的方向奔跑，奔跑的速度是5公里/小時。問題來了，小明的速度相對于站在鐵軌旁邊靜止不動的小紅是多少呢？

答案很簡單，100+5=105公里/小時，這就是小明相對于小紅的速度。這就是伽利略變換。簡單吧？這個計算過程有邏輯，也符合我們的直覺，可以解釋身邊的現(xiàn)象。

這個公式在17世紀(jì)出現(xiàn)，一直到20世紀(jì)初期，這都被科學(xué)界認(rèn)為是解釋宇宙中物體動量的“真理”。隨著科學(xué)不斷的發(fā)展，戰(zhàn)斗在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、宇宙天文學(xué)等學(xué)科第一線的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)這個“真理”解釋不了他們觀測、試驗到的現(xiàn)象。尤其是到光速的具體值被測量出來以后，我們都知道光速是一個物理常數(shù)，光在真空中的傳播速度約為30萬公里/秒，這個數(shù)值是恒定的物理量，不會因參考坐標(biāo)系的變換而變換的。那么問題就來了，如果我們在兩道平行的光其中一條上去觀測另一條，測到的數(shù)據(jù)根據(jù)“伽利略變換”定理，應(yīng)該為0（速度、方向相同等于相對靜止）才對，但根據(jù)無數(shù)理論試驗證明，光速恒定不變，你不管在什么樣的速度上測量真空中的光速，都應(yīng)當(dāng)是30萬公里每秒。

科學(xué)上的兩大原則“光速恒定不變”“伽利略變換”在這一刻產(chǎn)生了強烈的矛盾沖突，而解決這個強大的矛盾就需要一套超越這兩大原則的更高維的邏輯——狹義相對論。