假如牛顿知道了相对论，他会疯掉吗？
2024-11-19 阅读 16
更新于 2024年11月21日
物理学理论进化的第一motivation永远是理论和实验不符，牛顿时代没有麦克斯韦电磁理论没有迈克尔逊莫雷实验，更没有发现水星近日点进动，牛顿自己的理论当然很充分了。
很多不了解物理研究与物理学史的朋友可能会下意识觉得，物理学家就像信徒一般对自己的理论有种信仰，但其实大多数时候并非如此，如果理论本身预言和实验不相符，自然需要修改理论，这一点毋庸置疑。狭义相对论之所以出现，直接原因还是在于麦克斯韦方程组不满足伽利略变换，电磁现象在经典变换下有非常严重的不对称性，这种极其严重的矛盾促使物理学家正确地处理变换。另外，我倒是觉得，按照牛顿对理论优美性的欣赏，像狭义相对论这种非常漂亮的公理化理论，牛爵爷恐怕是很喜欢的。
而且很多物理学家的脑洞是相当离谱的，特别是科学革命年代的物理学家经常会有不断革命的倾向，比如玻尔就曾经试图把能量守恒定律给否定掉，狄拉克海森堡这些人晚年也都试图整大活，相比之下很多同时代的青年人则显得保守很多。
最后再强调一遍，单纯理念或者哲学上的motivation对新的物理理论来说是远远不足的，如果没有与现有理论严重矛盾的实验现象，理论学家是不太有很强的动机去更新理论的。而牛爵爷当时如果就已经发现了与牛顿力学相矛盾的现象，我想他也许也就没那个闲工夫去瞎折腾了，估计会让物理理论继续突飞猛进。
疯掉不至于，但一肚子火，然后和老爱撕逼是大概率事件
他首先需要恶补200年的数学知识，从他发明微积分开始一直到广义相对论（黎曼几何）的出现，数学经历了前所未有的大繁荣
诸如群论、复数、集合论、分形几何、拓扑学、常微分方程、偏微分方程，动力系统、复变函数、变分法、泛函分析、非欧几何。甚至包括他亲手创立的微积分在拉普拉斯，傅立叶，高斯，欧拉，魏尔斯特拉斯等人的推动下都经历了巨大的发展
他先憋一肚子火接受莱布尼茨的微积分符号，然后发现惠更斯说的也挺有道理，接着依靠这些数学工具和老爱关于力学的本质进行热烈的探讨（撕逼）
牛顿并不是一个固步自封的人，而且牛顿对于实验的重视程度不亚于任何一位物理学家。可以说，牛顿正是因为做了大量的实验，才能够提出很多物理学理论，从而成为第一个构建物理学体系的人。他只要看到了实验与理论不符，那么他就会提出相应的理论来解释实验现象。就像他当年做光学实验，做力学实验那样，验证自己提出的理论。
怎么去证明这一点呢？有一个绝佳的例子，那就是等效原理。牛顿提出了完整等效原理的第一个实验，他验证了引力质量和惯性质量相等。他当时将这个实验的精度提升到了1‰，因此可以说，广义相对论最直接地融入了牛顿的思想，从等效原理出发爱因斯坦才构建了广义相对论。等效原理这被爱因斯坦称之为“一生当中最快乐的思想”。
而且牛顿生平最讨厌做假设，他只是在寻找一种数学定律，他发现了引力的平方反比定律，在《自然哲学之数学原理》当中提到：
我希望其他的自然现象也同样能由力学原理推导出来，许多理由使我猜测他们都与某些力有关，这些力以迄今未知的原因驱使物体的粒子相互接近，凝聚成规则，形状或者相互排斥离散。牛顿并不认为他弄清楚了力学中所有的概念，还有很多未知的东西。牛顿在对时间和空间叙述的时候提出了绝对空间和绝对时间的概念，更多的是一种符合经验的产物，而非实验可以证实的物理概念。牛顿和爱因斯坦的思维差别并不在物理上，而是在哲学上。马赫的经验哲学给爱因斯坦深刻的启发，正好爱因斯坦的这种思路也是符合实验的，
只不过自牛顿提出经典力学体系之后，又过了两个世纪，物理经验也已经大大的提升了，爱因斯坦从而将这种哲学继续发扬光大，超越了牛顿力学。
以牛顿的能力，如果有人告诉他光速不变是物理事实，并且光速是宇宙速度上限，他怕是5秒内就能意识到自己的理论有问题，5天就能想出洛伦兹变换雏形，5年推导出狭义相对论。
