对爱因斯坦和相对论的怀疑

最近研究了一些历史,忽然对爱因斯坦和相对论产生了怀疑,结果昨天就有人告诉我,有中国学者声称“推翻”了相对论。我的直觉是,这值得大家重视。不管这个中国学者是对还是错,总的说来,对爱因斯坦和相对论的怀疑值得重视,而不应该盲目否定和嘲笑。

其实自从爱因斯坦发表相对论以来,就有很多争议。极少人能真的理解相对论,用来证明它的那些“科学实验”,也是普通人无法亲自证实,甚至难以复现的。相对论的实际效果,普通人无法直接体会和验证,只能相信权威描述。爱因斯坦的论文几乎没有任何引用,违反了科学发表的一般规则,有抄袭的嫌疑。相对论能起到的实际作用难以体现,却被媒体大肆炒作,被捧成超越哥白尼,开普勒,伽利略和牛顿的“天才”。被很多人质疑,却一直拒绝与质疑他的人公开答辩。所以我感觉爱因斯坦可能不仅不是天才,而且是否真懂物理都值得怀疑。

不要忘了,在此之前爱因斯坦是一个在专利办公室工作的小职员。如果你没有怀疑的态度,这往往被当成励志的事迹。一个默默无闻的小职员,居然可以在这么短时间内发表好几篇开天辟地,轰动世界的论文。你就会以为只要努力,一切奇迹都可能发生。可是一旦开始怀疑,就会发现这成为了一个重要的疑点,他符合被叫做“民科”的很多特征。再想想,他工作的地方是一个可以接触到很多其他人的专利申请(秘密想法)的地方,就更可疑了。

我不是说这些就是事实,但所有这些加在一起,不得不让人产生怀疑。我所怀疑的“命题”可能结果是 false,但怀疑这种行为本身并没有错,而是值得鼓励的。我欢迎所有人向我证明我怀疑的命题结论是 false,但这些证明必须能被我亲自验证和理解,依据非常严密的逻辑。

爱因斯坦说“如果你不能向六岁小孩解释清楚一个理论,那你并不真的懂”,然而他自己就没做到这一点。不仅小孩完全无法理解他的理论,而且他的论文极少有成人能看明白。我试过,真的。几年前我看别人的书《Relativity in Illustrations》(by Jacob T. Schwartz),一步步推导出了狭义相对论。通过理解这本书里的推导,我发现相对论是基于一个未经验证的前提条件:光速是恒定不变的。当时我就觉得这只是一个“经验假设”,并没有经过严格的验证。

看完这书,回头再看爱因斯坦原版的论文,仍然是天书,不知所云。还没说清楚要解决什么问题,一堆复杂的公式就丢过来了。我真是佩服他,能把这么简单的事情弄得如此复杂。我怀疑到底有多少物理学家实际看过他的论文,更不要说谁真的看懂过。因为看不懂,所以很多人可能都没发现,相对论的基础是“光速不变”的假设,而这不一定是物理事实。

根据我看其他领域论文的经验,真正的大师写的论文一般都比普通人更浅显和直接,因为真正的大师不需要故弄玄虚,但爱因斯坦的论文却不浅显。第一篇狭义相对论就无法看懂,广义相对论和 E=mc^2 就更加晦涩。看了《Relativity in Illustrations》你才发现相对论原来这么容易,自己都可以想出来。被爱因斯坦的论文一搅和,就不知道怎么回事了。他真的是大师吗?

爱因斯坦似乎总是居高临下,经常拿“人类”说事,比如“人类的愚蠢”,仿佛他自己不是人类,而是高高在上的神。不知道是不是犯贱,很多人听了这话居然不产生反感,反而开始崇拜他。我承认,我前几天还这样犯贱,甚至引用了他关于“人类的愚蠢”的话。爱因斯坦花在政治活动和发表政治观念上的时间,似乎大大超过他解释自己理论的时间。如果爱因斯坦真的理解自己的理论,有这些时间和工夫,他完全可以把相对论向大众解释清楚,可是他从来没有,其它物理学家也没有。他成名后只是忙着与各国元首和上流社会人物见面。

牛顿定律已经被不计其数的日常现象检验,很多人(包括我)在小学中学都做过实验来验证它们。工业,车辆,船舶,电子,武器,航空航天系统全都依赖于牛顿定律,所以牛顿定律不大可能是错的。相对论的证据数量却掰着手指就数得出来,你可以到大英百科全书看看有几个证据,而且连最高级的科学家都难以独立复现和验证这些实验。

这些声称“证实”了相对论的实验,对于我来说就像是给一块复杂不堪的代码写了非常少几个测试,而且每个测试只跑过一次,无法再现。也许这几个测试都通过了,然而它们能说明这块代码没有 bug 吗?任何负责的程序员都知道这里的问题。更何况对相对论的那些测试很难亲自去验证,甚至有些很模糊,难以说明问题。最严重的问题是,每个测试只运行过一次,无法再次执行,非常难被其他人独立验证。这违反了科学实验的基本原则。

相对论的第一个证据出现在 1919 年,是在一次罕见的,特别长时间的全日食的时候,两个科考队在两个特别合适的地点,拍摄了两张照片进行对比,声称相对论预测到了一个叫 Hyades 的离地球 153 光年远的,包含了几百颗恒星的星团的光线,因为太阳引力造成弯曲。其实牛顿定律一样能预测到这样的光线弯曲,只是程度稍微少一点,所以他们声称相对论被证实了。

当年就因为这一个实验的“成功”,还没看到会有什么用处呢,很快把爱因斯坦炒得大红大紫,说他超越了哥白尼,开普勒,伽利略和牛顿。这不让你产生疑惑吗?这种行为和现在很多公众号小媒体差不多。现在只要有人质疑相对论,马上有“物理学家”出来,不容置疑地说:“相对论是无可争辩的事实。1919 年就已经被实验证实了!” 一个无法复现的实验,能算是证实了相对论吗?我觉得很多所谓物理学家并不懂得“科学方法”是什么,只是跟着媒体瞎起哄,成为了政治工具。

这个 1919 年的实验是无法复现的。这几个天文学家要是被收买了,联合作假,或者拍摄时设备出现了误差呢?1919 年的相机是什么样的技术,能否准确地拍摄如此遥远的星球?两个拍摄点相距如此之远,他们如何保证两张照片是精准地同时拍摄的呢?地球的形状是不规则的,他们如何保证拍摄的几何角度是精确的,真的可以用于对比?失之毫厘谬以千里。没人能再次做同样的实验来验证他们的结论。下一次全日食是什么时候,会有类似的现象出现吗,还能拍得到吗?Hyades 是什么星团,谁之前听说过它,人类确切地知道它的位置吗,为什么一定得拍它,而不是其它的放光星球?事实就是,一百年过去了也没人能再做这样的实验。

另一个证据来自”19 世纪对水星轨道的观察“。说 1859 年,有天文学家观察发现水星绕太阳转,每个周期并不回到原来的起点,而是偏移了一点。一百年的时间里偏移了 1.5556°,而牛顿力学预测一百年应该偏移 1.5436°,差了那么一丁点,就说牛顿力学无法解释这个。本来天体就是复杂的物体,形状不规则,密度也不均匀,轨道本来就可以和理想化公式算出来有少许不同。也没有认真去找其它原因,就说只能用相对论来解释。你怎么验证这个数据,再过几百年看看?

后来美国发射了一个叫 Messenger 的水星探测器,说证实了水星有这现象。NASA 其实只是心理战工具,连登月都是假的,什么不可以假?月球离地球 38.4 万公里都去不了,水星离地球有 1.55 亿公里。就算真能把探测器送到水星附近,如何保证它能正确进入卫星轨道,在如此遥远而多变的宇宙环境,如此复杂的天体附近能准确地定位和瞄准,观测和记录数据,而没有差错?一丁点差错或者情况变化就掉下去了,或者就飞走了。

人类准确地知道水星各个位置的密度,尺寸,形状和环境,能准确计算水星附近的引力大小吗?实际上,人类在此之前连水星有没有卫星都不知道。如果相对论是真的,水星以非常高的速度环绕着太阳,而且水星附近的太阳引力比地球附近强很多,都产生“相对论效应”了。你能理解从 1.55 亿公里之远的地球发射一个探测器,要精确地进入水星的卫星轨道,有多困难吗?NASA 还会跟你说,探测器借助了金星的引力“跳跃”了一下,才到了水星。所有的行星和太阳都在不停的运动,而且宇宙里有各种不规则的复杂现象,正确的方向真能事先计算出来吗?你听说过“三体问题”吗?这已经不止是三体,而是好多个天体的问题。

你真相信 NASA 有这能力,在如此遥远的地方能“跳”得如此精准?如果他们有能力的话,为什么到现在还没能发射一颗绕月球飞行的人造卫星?反正其他人没法去水星,无法取证,随便摄影棚里拍个片就把你骗了。所以我怀疑这 Messenger 水星探测器是否存在过,更不要说采集的数据是否真实准确,计算模型是否合理了,只有任凭 NASA 瞎掰。

经过简单的常识推理,你也许会同意有些人的说法——人类的航天能力其实远远没有达到媒体宣传的水平,恐怕只够发射很小的卫星围绕地球飞行。没能力去月球,更没能力去水星和火星这么远的地方。当出现这种科幻般的“外太空之旅”的时候,我建议大家仔细观察影片,分析一下是不是摄影棚里拍出来的。

无论如何,相对论的所谓“证据”少得可怜,就算这几个实验是真的,也不能叫做“确凿的证据”。这些看起来都像是“UFO目击记”或者“地平说”(flat earth theory)的证据。有人说曾经看到过 UFO,说根据各种现象它肯定是 UFO,而其实完全可以有其他可能性。很久以前人们认为地球是平的,也由此推出一堆理论来,而且有一些证据证明地球是平的。

UFO 存在吗,地球是平的吗?一个科学理论必须能解释非常多的现象,而且它应该是多种可能的理论中最简单的。相对论并不符合这个标准。很多人说它“简单”,其实它并不简单,很少有人能真的理解它,而且它缺乏可靠的,可复现的证据。

相对论说重力会扭曲时空,快的物体时间跑得慢,这很像地平说会产生出来的“自圆其说”。如果我能用很复杂的方式“扭曲时空”,我也可以说地球就是平的,然后加上其它一些复杂的理论才能说明更复杂的事情了。所以,我感觉相对论很像地平说。

理解了这些之后,我发现相对论其实从来就没有被证实,只能叫做“假说”(hypothesis),所以还不能谈及“推翻”。这就像一个人控告我有罪,他却没有确凿的证据,我就没有义务要拿出证据来证明我无罪。谁指控就该谁提供证据,但我没看到相对论有确凿的证据。其实相对论的“起诉状”都没写明白,绝大部分人都不知道它在说什么,又何谈证据呢?

牛顿说:“假说在实验哲学中是没有位置的。” 原话如下:

I frame no hypotheses. For whatever is not deduc’d from the phaenomena, is to be called an hypothesis; and hypotheses, whether metaphysical or physical, whether of occult qualities or mechanical, have no place in experimental philosophy.

牛顿比爱因斯坦和近代其它科学家的一个伟大之处,就是他一直避免提出“假说”。牛顿的理论都是立即可以被验证,立竿见影,有不计其数的应用场景。如果一个理论经常有应用场景,还需要这么费力去给它找证据吗?如果违反了牛顿定律,做出来的机器就不会工作,任何活动都无法正确进行。这才是真正伟大的理论。应用非常多,证据也非常多,你不按它来就不行。可是相对论完全不是这样。

相对论的证据如此稀少,应用的场景可以说几乎没有,它怎么就被叫做超越了牛顿,开天辟地的理论呢?人们似乎喜欢对自己无法理解,无法体验的所谓“天才理论”有崇拜的心理。人类生活中 99.999% 的现实都能用牛顿的理论解释,每天你都能验证牛顿力学的正确性,只有极少数看不见摸不着,外太空的,无法亲自体会和验证的现象,别人跟你说得用爱因斯坦的理论。然而人们却把爱因斯坦叫做“超越了牛顿的天才”。仔细想想吧,是谁的理论在做实事。就算相对论是正确的,它相比牛顿力学的作用也只有不到千分之一,只能算是一个“小补丁”。我觉得大家确实应该更加仔细地研究,体会和欣赏牛顿的理论。

你可能会申辩,相对论可有用了,它成为了后来很多理论的基础,什么黑洞啊,重力波啊,宇宙大爆炸学说(Big Bang Theory)啊…… 那你就还没分清“假说”和“科学定律”的差别。相对论并没有被证实,所有基于它的理论,全都没有被证实过。你亲眼见过黑洞,重力波吗?宇宙大爆炸真有这回事吗?全都是假说而已,而且很可能都是胡扯。我看过介绍他们是如何探测所谓重力波的,花了很多钱造出那些巨大的设备(比如 LIGO),可信度却非常低。

你可能还听说过,GPS 全球定位系统使用了相对论来调整卫星上的时钟。这个说法也被很多人质疑。根据一个物理教授写的文章,因为卫星绕着地球以 14,000 km/h 的速度飞行,而狭义相对论预测高速物体上的时钟比低速物体慢,所以卫星上的时钟因为速度,每天会比地面时钟慢 7 微秒。广义相对论预测因为卫星轨道上的重力小,因为重力会扭曲时空,所以时钟每天会快 45 微秒。所以加起来,45 – 7,卫星的时钟每天会比地面时钟快 38 微秒,所以得自动调整时间,不然一天的时钟误差就会导致超过 10 公里的定位误差。多完美的解释,同时用上狭义相对论和广义相对论!

可是,计算位置真的需要地面时间吗?你可以参考这篇 FAA 的文章。GPS 接收器是从多颗卫星发来的“时间戳”的差值算出自己的位置的,不一定要用自己的时钟,只需要接收 4 颗卫星的信号就能算出自己的三维坐标。想想早年的 TomTom,Garmin 之类的导航仪,里面根本没有精确的计时器,甚至时间可以完全是错的,显然地面时钟并没有用于计算位置。如果只用于定位,卫星并不需要和地面时钟精确同步,只要卫星与卫星的时钟是同步的就可以。就算相对论是正确的,卫星之间也不会因为相对论而产生时间差,所以相对论其实没起什么作用。

根据这篇很专业的文章,同一个 GPS 系统里的所有的卫星时间是同步的,叫做“GPS Time”,这个 GPS Time 其实可以和地面上的时钟不同。GPS 系统一般都和地面时间同步,是因为 GPS 系统还可以用于提供精确的时间。另外,如果 GPS 接收器真有一个原子钟,与地面时间同步的 GPS 卫星能给它提供更加精确的位置。但根据专业的 GPS 时间系统(说明1说明2),GPS 卫星会使用和地面进行周期性时钟同步,而不是只依靠原子钟来保证时间正确。所以,与地面的时间同步其实用不上根据相对论算出来的“38 毫秒”误差。

我很怀疑相对论是否真能算出这 38 毫秒的误差来。地球和卫星都在高速运动,地球围绕太阳速度是 10,800 km/h,速度并不恒定,而且地球还有自转,自转因为海洋潮汐时快时慢,原子钟也可能受到太阳风之类的干扰。这整个是非常复杂的系统,所以就算相对论是正确的,根据它的公式算出 38 毫秒的误差,不大可能拿来实际使用。一个精密可靠的导航系统,必须能应对现实世界的复杂性,各种干扰和误差,不能依赖于理想化的公式。

你还可以查看官方的 NAVSTAR GPS 用户手册,里面讲了很多关于精确计时的原理,包括原子钟的各种技术细节,连地球的不规则自转都考虑进去了。可是所有这些非常专业的 GPS 系统说明,都从未提到因为相对论而产生的时间误差。综合所有这些,我觉得说“GPS 定位系统依赖于相对论”是牵强附会,或者是故意混淆视听。

GPS 恐怕就是相对论唯一的”实际用例”了,可惜相对论很可能并没派上用场。为什么物理学家们,NASA,想让我们相信 GPS 定位系统依赖于相对论,离开相对论就无法工作?看到这些说法,我对相对论的怀疑就更深了,对 NASA 等宣称这些说法的机构,支持这些说法的物理学家们的怀疑也更深了。

1972 年 Herbert Dingle 写了一本书《Science at the Crossroads》,声称相对论是错误的,未经证实的,批评科学界使用把问题搞复杂的方式来掩盖真相。虽然这本书后来被科学界认为是错误的,但我建议大家不要因为有“权威”否定它就不去看他本人怎么写的。你怎么能单方面相信他对立面的那些人,而不去看这个人到底说了什么呢?这就像法官只听一方的供词一样可笑。反正我已经开始看了,才看了几页。也许他对于相对论的判断真是错的,但我发现这本书很有意思,作者的思辨很有启发意义。我建议大家真正去理解相对论是怎么回事,而不要盲目相信权威们已经证实了它的正确性。

我早已感觉到长久以来科学界在掩盖真正的知识,把它们弄得越来越难懂,太多滥竽充数的人写一些垃圾论文。这就是我为什么抛弃了三个博士学位。这就是为什么我最近都在致力于把看似深奥的知识变得简单,并且传授给其他人。只有大部分人能理解科学和其他关键学科,才能确保它们不会腐败变质。

在今天的世界,我们已经难以把关键事情依赖于其他人了。真的,所有的“专家”,所有的媒体,所有的史书都可能在撒谎,几千年来一直如此。每一次你觉得这个事情可以留给“专业人士”,相信他们,最后十有八九发现他们骗了你。医生,教师,银行家,建筑工,汽车维修工,房产经纪人,程序员,企业高管,记者,厨师,咖啡师,保姆,清洁工…… 还有谁是可以信任的?科学家也不例外。所有人都掌握关键的知识,都可以进行监督,这才是正道。

在计算机领域也有类似的问题。每天用到的技术和编程实践,几乎和图灵机没有任何关系,然而图灵却被叫做天才,被叫做”计算机的鼻祖“。计算机领域的最高奖被叫做”图灵奖“,每年发一次,却常常无法理解他们到底有什么贡献。改成十年发一次也许还有点说服力。图灵的理论成为大学必修内容,学了就忘,从来不用。真正起作用的各种逻辑学,Alonzo Church 的理论,却无人知晓。其实 Church 的 lambda calculus 能解释图灵机能解释的一切,而且更加简单。关于这个,可以参考我之前的文章《图灵的光环》。

音乐领域也是一样。每天给我们生活带来惬意享受,让我们感觉自己还活着的那些背景音乐,很多人连它们是谁的作品都不知道。但自己从来不听,没有地方播放,千篇一律,无聊到让人崩溃的莫扎特音乐,却被叫做天才作品。

所以我之前说世界上不存在天才,恐怕确实如此。现在每当听说”天才“这个词,我都会产生怀疑,是不是又是媒体的炒作。