如何正确理解“牛顿力学是相对论的一种特殊情况”这句话？

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis 2019年3月28日星期四）

在今天的主流物理学中有这样一个说法：牛顿力学是爱因斯坦相对论的一种特殊情况。或者说：牛顿力学是相对论在一定条件下的近似。当然还有很多类似的其他说法。总的来说，这些说法想要告诉人们的一件事情就是：爱因斯坦的相对论包含了牛顿力学的内容。爱因斯坦的理论更有价值。爱因斯坦的相对论比牛顿力学更先进更高明。等等。

真的是这样吗？

我本来也以为是这样的。但经过我的分析和研究后发现，这纯粹是在误导。那些说这种话的人根本就不知道“牛顿力学是相对论的一种特殊情况”这句话背后的真相。

“牛顿力学是相对论的一种特殊情况”这句话本身并没有错。它错在这句话传递的信息上。也就是错在那些“爱因斯坦的相对论比牛顿力学更先进”的信息上。同样是这一句话，这样理解就会得到这样的信息，那样理解就会得到那样的信息。现在的问题是到底应该如何正确理解这句话呢？

我们可以来看这样的一个例子。

老师问学生：伽利略的落体理论和亚里士多德的落体理论那个更先进？

李同学说：当然是伽利略的落体理论比亚里士多德的理论更先进。伽利略的落体理论认为无论物体的重量是多大，它们的自由落体运动速度都一样。而且美国宇航员在月球上用锤子和羽毛做过实验。它们的下落速度的确是一样的。而亚里士多德说物体越重下落速度越快。这与月球上的落体实验结果不相符。

张同学说：老师，我不这么认为。我认为亚里士多德的理论比伽利略的理论更先进。伽利略的落体理论只不过是亚里士多德落体理论的一种特殊情况。亚里士多德的理论包括的范围更广。在空气中的确是物体越重下落速度越快。这是人人都看得见的。当然，如果渐渐把空气抽干，重物体与轻物体的下落速度就会渐渐接近相同。等到把全部空气都抽干成为真空状态的时候，重物体和轻物体的下落速度才会相同。也就是说，只有在亚里士多德理论中的真空的特殊情况下伽利略的理论才成立。所以说，伽利略的落体理论只不过是亚里士多德落体理论中的一种特殊情况。因为在亚里士多德的理论中包含了伽利略的理论，当然亚里士多德的理论就应该比伽利略的理论更先进了。不是吗？

老师问：你是怎么想到这些的？

张同学说：我是从“牛顿力学是爱因斯坦相对论的一种特殊情况”这句话中想到的。牛顿力学就像伽利略理论一样描述的都是单纯的简单情况。而爱因斯坦的相对论就像亚里士多德的理论一样描述的都是涉及到很多因素的复杂情况。复杂情况永远都包含简单情况。既然物理学家说爱因斯坦的理论比牛顿力学更先进，我当然也就可以说亚里士多德的理论比伽利略的理论更先进了。有什么不对吗？

其实就是这个道理。那些能看懂这个例子的人都会明白，伽利略和牛顿的理论都是对本质的描述。亚里士多德和爱因斯坦的理论都是对表面现象的描述。本质永远都包含在表面现象中。但是，科学追求的是本质而不是表面现象。所以，从表面现象上可以说，伽利略的理论是亚里士多德理论的一种特殊情况。牛顿力学是相对论的一种特殊情况。但是，从科学性上来说，越本质的东西才是越科学的。因此，伽利略的理论比亚里士多德的理论更科学更先进。牛顿力学比爱因斯坦的相对论更科学更先进。

知道了真相之后就能理解，其实“牛顿力学是相对论的一种特殊情况”这句话并不是对相对论的赞美之词。而是在说相对论缺乏科学性。

其实这很好理解。越是条件特殊的情况越严谨精确。例如，纯金是金子的一种特殊情况。不纯的金子的存在形式有无数种，但纯金只有一种。只有纯金才是真正具有理论上正确意义的金子。牛顿力学也很纯，因此它才具有科学意义。

人类在探索自然的时候有很多做法。一种是从本质上探索，一种是从表面现象上探索。在自然环境中，从表面现象上探索得到的结果可能更接近观测结果。但这样的探索无法得到普适的自然规律。表面现象不像本质那样简单。对亚里士多德来说，伽利略的理论仅仅是他的理论中的一种特殊情况。不但如此，空气密度的任何一个改变都是一种特殊情况。无数的特殊情况是无法用一个统一的规律去描述的。因此亚里士多德的理论是不科学的。同样，牛顿力学是爱因斯坦相对论的一个特殊情况。在相对论中，物体的质量大小和运动速度的不同全都是特殊情况。这些特殊情况加起来也是无穷多。也无法用统一的规律去描述。别以为用爱因斯坦的公式对水星近日点进动计算出来的结果与实际观测结果相符就能证明相对论是正确的了。其实人们可以很简单地用一个量身打造的计算公式精确计算出具体的铅球和棉花球在空气中的下落速度来证明亚里士多德的理论也是正确的。但这样的证明毫无科学价值可言。

所以说，“牛顿力学是相对论的一种特殊情况”这句话不是一句称赞相对论的话。而是一句说相对论不科学的话。这样的理解才是正确的。