他差點早于愛因斯坦提出狹義相對，只因一點與狹義相對論失之交臂

“相對論”三個字，毫不客氣地說早就“爛大街”了！可能你并不太明白相對論到底講了些什么東西，但肯定聽說過。

而提出相對論的愛因斯坦，也早已脫離了“名字”的范疇，成為了“智慧”的代名詞。人們經常用用“某個領域的愛因斯坦”來形容一個人的智慧和偉大。

愛因斯坦早已經與相對論“畫上了等號”，提到愛因斯坦，大家就會聯想到相對論。反之，提到相對論，人們也自然會想到愛因斯坦。

愛因斯坦確實很偉大，這是毋容置疑的，他的偉大其實并不僅僅是因為相對論。事實上，愛因斯坦拿到諾貝爾物理學獎并不是因為相對論，而是因為他發現了光電效應。同時，愛因斯坦也是量子力學的奠基人之一。

不過，很多人并不知道，在愛因斯坦提出狹義相對論之前，其實當時的物理學界大佬中，已經有人無限接近狹義相對論了，只差最后一層“窗戶紙”沒有捅破，最終遺憾地與狹義相對論失之交臂。

洛倫茲就是其中之一。到底怎么回事呢？讓我們一起穿越到一百多年前的物理學時代，簡單了解一下狹義相對論的前世今生，以及洛倫茲到底是如何錯失狹義相對論的。

很多人都知道，19世紀末的物理學界一度自認為進入了“盛世”時代，當時的物理學界大佬信心滿滿，一致認為物理學大廈已經初步建設完成。

在他們眼里，牛頓經典力學幾乎能“上天入地”，很好詮釋了宇宙萬物的運動規律，同時麥克斯韋電磁理論統一了電和磁。于是當時的物理學界認為物理學已經不會有什么大的發展了，在以牛頓經典力學和麥克斯韋電磁理論為基礎構建的“物理學大廈”上，只需要進行小修小補就可以了。

不料“天有不測風云”，而當時的物理學天空中也漂浮著“兩朵烏云”，其中一朵就是“邁克爾遜莫雷實驗”。

說到這里，相信大家應該明白了吧。沒錯，正是“邁克爾遜莫雷實驗”的結果，讓當時的物理學家大佬“很是不爽”，因為該實驗結果表明：絕對參照系“以太”并不存在。

“以太”是什么東西？這個說來話長了，簡單來講就是為了調和“牛頓經典力學與麥克斯韋方程組”之間矛盾的假設概念。

那么，兩者有什么矛盾呢？

在牛頓經典力學體系下，時間和空間都是絕對的，也就是“絕對時空觀”。在絕對時空觀下，任何物體的運動速度都是相對的，都需要有參照系才有意義。

這很好理解，也非常符合我們的日常生活認知和經驗。我們的傳統觀念里，速度當然一定要有參照系，不然就沒有任何意義。而我們平時所講的速度基本上都是默認地面為參照系，既然是默認，也沒必要再次強調。

但是麥克斯韋方程組可以推導出光速在真空中的傳播速度，這本來沒有什么，就是一個簡單的公式。

但這個公式一點也不簡單，乍一看，公式本身并沒有特殊的地方。但仔細觀察你會發現，公式中并沒有涉及任何參照系。

光也就是電磁波在真空中的速度只與真空的介電常數和磁導率有關，也就是與介質（真空）本身有關，但這個速度的參照系在哪里呢？

剛才說了，任何物體的運動速度都必須有參照系才有意義，為什么電磁波的速度計算公式中沒有任何參照系呢？這是不是意味著光速（電磁波速度）是絕對的，根本不需要參照系？或者說光速在任何參照系下觀察都保持不變呢？

如果找不到真空中光速的參照系，很顯然，就意味著光速真的是絕對的。當然，當時的物理學界不可能允許這種事情發生，因為如果光速是絕對的，就意味著統治物理學界幾百年歷史的牛頓經典力學轟然倒塌，這對于早就奉“牛頓經典力學”為“神明”的物理學界大佬來講，顯然是無法接受的。

但麥克斯韋同樣偉大，他提出的麥克斯韋方程組甚至堪稱人類歷史上最優美的方程，更何況麥克斯韋還統一了電和磁。無論是牛頓，還是麥克斯韋，當時的物理學界大佬都不敢得罪。

怎么辦？

物理學界大佬開始尋找一種“中庸”的方式進行“左右逢源”，想找到一個既滿足牛頓經典力學，又不得罪麥克斯韋方程組的方法，而“以太”的概念就是這種背景下的產物。

以太，是物理學家們假設的概念，是宇宙中的絕對參照系，相對宇宙空間絕對靜止。這就意味著以太是宇宙空間里萬物的參照系，當然也是光的參照系。光速正是光相對以太的速度。

如果以太這種東西真的存在，那么問題自然就得到解決了。所以物理學界要做的就是尋找以太存在的證據，畢竟以太的概念本來就是假設的，科學就是大膽假設，然后小心求證。

邁克爾遜莫雷實驗就是在這種背景下進行的。

不過這個實驗不做不要緊，做了實驗之后，結果讓物理學界更加摸不著頭腦：實驗結果表明，以太壓根就不存在。事實上，很多物理學界大佬都做了類似的實驗，但結果都表明：以太并不存在。

怎么辦？

如今到了抉擇的時刻：如果以太不存在，物理學界必須接受牛頓經典力學的轟然倒塌，起碼是不完善的。而這恰恰是他們無論如何都難以接受的。

就在這個關鍵時刻，物理學界大佬洛倫茲站了出來，提出了著名的洛倫茲變換，這個變換的具體推導過程有些復雜，這里就不再詳述了。

洛倫茲為什么要提出洛倫茲變換呢？主要目的就是為了詮釋邁克爾遜莫雷，說白了還是尋找以太存在的證據。按照洛倫茲變換，洛倫茲認為以太會在物體運動方向上收縮變短，就會造成無論是逆著以太還是順著以太，測量到的光速都是一樣的。

也就是說，當時的洛倫茲并沒有用“光速不變”詮釋邁克爾遜莫雷，而是用“以太在運動方向上的收縮”來詮釋。在此基礎上，洛倫茲也提出了著名的洛倫茲變換，后來愛因斯坦也把洛倫茲變換作為相對論的基本公式之一，在亞光速情況下，用洛倫茲變換代替伽利略變換。

與洛倫茲不同的是，愛因斯坦并沒有堅守“以太”的概念，而是用“奧卡姆剃刀”完全拋棄了以太，認為光速就是不變的，提出了光速不變原理，再加上狹義相對性原理，在這兩大原理的基礎上，最終提出了狹義相對論。

仔細想想，洛倫茲與愛因斯坦對光速的理解本質上并沒有什么不同，更多的是對概念定義的理解。洛倫茲認為以太是光速的參照系，而以太相對宇宙空間絕對靜止，實際上這樣的以太不就相當于空間本身嗎？

而愛因斯坦認為光速在任何參照系下都保持不變，真空中的光速是絕對的，往深了理解就是：光速其實是有參照系的，只是光速的參照系不是我們平時看到的任何物質，而是空間（或者時空）本身，也就是說，光速的背景是四維時空。

也就是說，只要把“以太”這種假設的概念理解為空間本身，實際上洛倫茲與愛因斯坦的詮釋并沒有什么大的區別。

洛倫茲認為以太在物體運動的方向是會收縮，而愛因斯坦認為空間在物體運動的方向會收縮，這就是尺縮效應。

能夠看出，洛倫茲與愛因斯坦的詮釋其實就在于對“以太”的定義上。只是愛因斯坦秉承著“如無必要勿增實體”的簡單原則，提出以太根本沒有存在的必要，用一種更簡潔的詮釋方案，大膽提出光速不變原理，徹底否定了牛頓的絕對時空觀。

而洛倫茲的思維顯然沒有那么大膽，一直抱著牛頓的“絕對時空觀”不放，結果與近在咫尺的狹義相對論失之交臂。

實際上，在相當長的一段時間里，物理學界甚至也有人認為是洛倫茲首次提出了狹義相對論，雖然持有這種觀點的人并不多，但也能說明當年的洛倫茲有多么接近狹義相對論。

而愛因斯坦把洛倫茲變換作為狹義相對論的基本公式之一，也再次表明了洛倫茲的才華。有時候就是這樣，距離成功就差一步之遙，事后才知道只要再邁出去一步就會成功，但不知道為何這一步為何如此之難！

甚至到了今天，仍舊有不少人認為所謂的“以太”就是宇宙空間，只是當時的物理學家大佬換了一種定義罷了。其實說到底，還是“絕對時空觀”束縛住了當時的物理學界思維！

而愛因斯坦與眾人不同的是，他能夠擺脫“絕對時空觀”的束縛，從而“破繭成蝶”，最終成為最耀眼的明星。

當然，洛倫茲本人其實也足夠偉大了，即便是沒有愛因斯坦，也會有其他人站出來很快提出狹義相對論，而這個人很可能就是洛倫茲，當然也可能是其他人，比如說龐加萊等。

完！