我們可以將太陽(yáng)、地球，或者任意某點(diǎn)取作太陽(yáng)系的中心。
——弗雷德·霍伊爾
盡管人們時(shí)常說(shuō)哥白尼證明了托勒密是錯(cuò)的，但那不是真的。人們可以利用任一種圖像作為宇宙的模型，對(duì)于我們天空之觀測(cè)，既可從假定地球處于靜止，也可從假定太陽(yáng)處于靜止得到解釋。
——斯蒂芬·霍金
方舟子博士因“能不能取地球參考系，說(shuō)太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)”這一問(wèn)題，與網(wǎng)友激辯多天。方舟子博士對(duì)此持反對(duì)觀點(diǎn)，他認(rèn)為我們不能夠取非慣性系對(duì)物體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述。此事已在拙文《運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性只適用于慣性系嗎？——兼談方舟子博士的物理水平》（后文簡(jiǎn)稱《方舟子的物理水平》）中做了評(píng)述。該文在牛頓力學(xué)的框架內(nèi)，對(duì)此問(wèn)題做了探討。文章大意如下：
1. 從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，由于運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性，我們既可以選太陽(yáng)參考系，說(shuō)地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)，也可以選地球參考系，說(shuō)太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)。要注意的是，在平時(shí)不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄⑹鲋谐３⒖嘉?、參考系、坐?biāo)系等名詞混用，這樣做有時(shí)候問(wèn)題不大，有時(shí)候則需要再做進(jìn)一步闡明。所謂“地球參考系”可以有不同的取法，我們可以讓坐標(biāo)系跟著地面一起自轉(zhuǎn)，這樣的話太陽(yáng)每天繞地球一圈，正如我們?nèi)粘Ｋ?jiàn)那般；也可以選取無(wú)自轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，如此則太陽(yáng)一年繞地球一圈；甚至可以讓一根坐標(biāo)軸始終指向太陽(yáng)，這樣的話太陽(yáng)就不會(huì)圍繞地球轉(zhuǎn)（這個(gè)坐標(biāo)系并不是慣性系，它以一年為周期緩慢旋轉(zhuǎn)）。太陽(yáng)參考系也一樣，我們將坐標(biāo)原點(diǎn)取為太陽(yáng)中心，這個(gè)坐標(biāo)系可以旋轉(zhuǎn)，也可以不轉(zhuǎn)。本文中我們用“地面參考系”來(lái)表示跟隨地面一起轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)系，“地球參考系”表示不轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)系，“太陽(yáng)參考系”則一概指不含旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。
2. 從動(dòng)力學(xué)角度而言，在牛頓力學(xué)中，物理規(guī)律只在慣性系中成立，故而慣性系要優(yōu)于非慣性系。太陽(yáng)參考系比地球參考系更加接近于慣性系，因此在建立太陽(yáng)系模型時(shí)，我們習(xí)慣上選用太陽(yáng)參考系，在這個(gè)參考系中我們可以借助萬(wàn)有引力來(lái)解釋行星的運(yùn)動(dòng)。不過(guò)要明確的是，慣性系更優(yōu)越不代表我們不能取非慣性系討論動(dòng)力學(xué)問(wèn)題（在非慣性系中，引入假想的慣性力，則牛頓第二定律依舊成立），更不代表我們不能在非慣性系中對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行描述、或者說(shuō)非慣性系中觀測(cè)到的物體運(yùn)動(dòng)是“虛假”的。非慣性系中對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述與慣性系同樣真實(shí)，你面對(duì)著月亮，轉(zhuǎn)過(guò)半圈之后，月亮就“真實(shí)”地處于你的后方，這絕非幻覺(jué)。
3. 方舟子博士混淆了“運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性”和“相對(duì)性原理”兩個(gè)概念，錯(cuò)誤地認(rèn)為“在經(jīng)典力學(xué)和狹義相對(duì)論中運(yùn)動(dòng)相對(duì)性只適用于慣性參考系”，并將此作為不承認(rèn)地球參考系觀測(cè)結(jié)果的理論依據(jù)。順便說(shuō)一下，方舟子博士的這句表述本身也是有問(wèn)題的，相對(duì)論其實(shí)包含在經(jīng)典力學(xué)之中。這是對(duì)學(xué)科分類的不了解所致，算不上什么大錯(cuò)，筆者無(wú)意抓住這種錯(cuò)誤做文章，因此之前沒(méi)有去指正；筆者在做類似的表述時(shí)一直用的是“牛頓力學(xué)”。
《方舟子的物理水平》一文發(fā)出后，方舟子博士陸續(xù)做了一些回應(yīng)，無(wú)非東拉西扯、歪曲造謠，絲毫不涉及筆者文章的主旨，倒是進(jìn)一步暴露了方舟子博士知識(shí)的不足，如方舟子博士其實(shí)連只涉及慣性系的運(yùn)動(dòng)相對(duì)性也沒(méi)能理解等等。對(duì)于方舟子博士的回應(yīng)，筆者一一做了回復(fù)，讀者可參閱《再談運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性——兼評(píng)方舟子博士的回復(fù)》《旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)超光速嗎？——再評(píng)方舟子博士的回復(fù)》《參考系能任意選取嗎？——三評(píng)方舟子博士的回復(fù)》，本文不再贅述。
《方舟子的物理水平》一文是在牛頓力學(xué)的框架下寫的，慣性系在牛頓力學(xué)中具有優(yōu)越的地位，這一點(diǎn)在狹義相對(duì)論中依舊如此。然而這卻引出了一個(gè)問(wèn)題：到底什么樣的參考系才是慣性系？地面上的實(shí)驗(yàn)室參考系是我們研究物理問(wèn)題時(shí)常用的參考系，它很接近慣性系，但由于地球在自轉(zhuǎn)，因而不是嚴(yán)格的慣性系。太陽(yáng)參考系相比之下更接近于慣性系，然而太陽(yáng)在銀河系中公轉(zhuǎn)，它也不是嚴(yán)格的慣性系。甚至銀河系也不是嚴(yán)格的慣性系——由于星系間的萬(wàn)有引力作用，銀河系必然也有加速度。
這就是所謂的“慣性系疑難”：在表述物理規(guī)律時(shí)，慣性系具有優(yōu)越的地位，然而由于萬(wàn)有引力的存在，自然界中似乎找不到一個(gè)真正的慣性系。
通過(guò)對(duì)慣性系疑難的思考，愛(ài)因斯坦最終提出了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論是一個(gè)宏大的理論，本文只提與當(dāng)前討論相關(guān)的兩點(diǎn)：
1. 引力不是力。牛頓力學(xué)通過(guò)引入萬(wàn)有引力來(lái)解釋蘋果為何下落、行星為何繞日運(yùn)動(dòng)，而這些現(xiàn)象在廣義相對(duì)論中有了另外的詮釋。廣義相對(duì)論不再將萬(wàn)有引力視作為真實(shí)的力，這樣一來(lái)，人們對(duì)慣性系的觀念也相應(yīng)發(fā)生了變化?？紤]站在地面上的觀察者，在牛頓力學(xué)中，他受重力和地面支持力，二力平衡，因此他是慣性系。但在廣義相對(duì)論中，他只受支持力這一個(gè)真實(shí)的力作用，具有向上的加速度（與此同時(shí)地面也有向上的加速度，因此人和地面之間相對(duì)靜止），他的參考系是加速系。（各處地面均有向“上”的加速度，“上”的方向不同，地面卻相對(duì)靜止，地球保持為球形，這正是時(shí)空彎曲的體現(xiàn)。）再考慮一個(gè)自由落體物體，它只受萬(wàn)有引力作用而往下掉落。按照牛頓力學(xué)分析，它受萬(wàn)有引力作用做加速運(yùn)動(dòng)，該物體的參考系是加速系。但在廣義相對(duì)論中，引力不是力，該物體實(shí)際上在做慣性運(yùn)動(dòng)，它的參考系是慣性系。再比如說(shuō)，讓我們?nèi)。ú晦D(zhuǎn)動(dòng)的）地球參考系。在牛頓力學(xué)中，由于地球受到太陽(yáng)引力而公轉(zhuǎn)，可知此參考系并非慣性系。但在廣義相對(duì)論中，地球是在做慣性運(yùn)動(dòng)，因此，地球參考系也是慣性系。太陽(yáng)參考系，銀河參考系等等，因?yàn)橥瑯拥睦碛?，它們都是慣性系。總之，由于廣義相對(duì)論中不將引力視作為真實(shí)的力，慣性系疑難就輕而易舉地得以解決了。
2. 牛頓力學(xué)和狹義相對(duì)論中的“相對(duì)性原理”告訴我們，物理規(guī)律在慣性系中具有相同的形式，但在非慣性系中則不然。因此，慣性系具有特殊的地位。而愛(ài)因斯坦將之推廣成了“廣義相對(duì)性原理”，即：任意參考系在表達(dá)物理規(guī)律時(shí)都是等價(jià)的。換句話說(shuō)，在廣義相對(duì)論中，慣性系的優(yōu)越性不復(fù)存在。
引入廣義相對(duì)論會(huì)對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的討論帶來(lái)一些變化。
1. 首先，正如上面已經(jīng)提到的，在廣義相對(duì)論框架內(nèi)，地球參考系（不隨地面轉(zhuǎn)動(dòng)）和太陽(yáng)參考系一樣，也是慣性系。略提一句，在彎曲時(shí)空中只能取所謂的“局部慣性系”，而無(wú)法取“全局慣性系”，對(duì)地球參考系和太陽(yáng)參考系而言都是如此。彎曲時(shí)空中的參考系概念變得復(fù)雜，本文不打算對(duì)“局部”“全局”展開(kāi)解釋?？偠灾趶V義相對(duì)論中，就“慣性系”角度而言，地球參考系和太陽(yáng)參考系不再不平等了。
2. 其次，即使考慮隨地面轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系，它不是慣性系，但由于廣義相對(duì)性原理，它和太陽(yáng)參考系也是平權(quán)的。
廣義相對(duì)論很難，但此處涉及的知識(shí)相對(duì)基礎(chǔ)，許多愛(ài)好科學(xué)的網(wǎng)友通過(guò)科普多少對(duì)這些知識(shí)有所了解。確實(shí)，網(wǎng)友在與方舟子討論時(shí)也提到了廣義相對(duì)論。但方舟子是如何回應(yīng)的呢？
舟子譏諷“把愛(ài)因斯坦氣活”
方舟子顯然不信網(wǎng)友所說(shuō)的，譏諷道扯上廣義相對(duì)論“得把愛(ài)因斯坦氣活過(guò)來(lái)不可”。
又一次提到廣義相對(duì)論
方舟子又一次提到廣義相對(duì)論，依然用了“扯”字。很明顯，他對(duì)在廣義相對(duì)論框架內(nèi)說(shuō)“太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)”嗤之以鼻，譏諷道“看物理要強(qiáng)到什么程度才能說(shuō)太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)”。
坦率地講，這里真的沒(méi)有涉及太過(guò)高深的知識(shí)，給方舟子上課不需要“物理強(qiáng)到什么程度”。問(wèn)題在于一般人說(shuō)的方舟子根本聽(tīng)不進(jìn)去。普通網(wǎng)友的言論方舟子會(huì)擺出“資格論”拒而不聽(tīng)，北大物理系畢業(yè)的網(wǎng)友給方舟子講解，方舟子也嗤之以鼻，反而讓人家去中科大生物系重修物理。確實(shí)，這符合方舟子的一貫作風(fēng)：拳打施一公、腳踢潘建偉，縱如美國(guó)科學(xué)院院士文小剛教授這樣的當(dāng)代物理大家談?wù)撐锢砬把卣n題，方舟子駁斥起來(lái)也毫不在話下。沒(méi)辦法，我們只好訴諸權(quán)威——阿爾伯特·愛(ài)因斯坦，看看他是怎么說(shuō)的。下面的截圖取自他和英費(fèi)爾德合著的《物理學(xué)的進(jìn)化》一書(shū)，從幾個(gè)角度辨析了太陽(yáng)和地球的運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)：任何參考系都可以用
首先這一段，是從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度來(lái)說(shuō)的。愛(ài)因斯坦明確說(shuō)，“因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，任何參考系都可用”。然而既然如此，為什么我們現(xiàn)在建立太陽(yáng)系模型時(shí)，要把太陽(yáng)放在中心呢？“似乎沒(méi)有什么理由認(rèn)為一個(gè)坐標(biāo)系會(huì)比另外一個(gè)好些”，確實(shí)，從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度得到的結(jié)論就是如此。由這一句話，引出后面對(duì)動(dòng)力學(xué)的討論。
動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)：慣性系更優(yōu)越
在動(dòng)力學(xué)中（牛頓力學(xué)和狹義相對(duì)論框架內(nèi)），慣性系具有優(yōu)越的地位，“慣性”這個(gè)概念亦具有絕對(duì)的意義。一個(gè)物體是否有加速度、加速度多大，取決于我們選取的參考系，但它是否在做慣性運(yùn)動(dòng)，這一判斷并不依賴于參考系的選取。因此，從動(dòng)力學(xué)角度而言，太陽(yáng)參考系更為優(yōu)越，我們因而習(xí)慣于選取太陽(yáng)參考系建立太陽(yáng)系模型，并說(shuō)“地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)”。然而慣性系的優(yōu)越性又導(dǎo)致了所謂“絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的困難”：如文中所說(shuō)，慣性系更優(yōu)越，從某種角度而言，似乎使絕對(duì)運(yùn)動(dòng)又有了意義。這一困難引出了下文的討論，愛(ài)因斯坦借此將廣義相對(duì)論引入了讀者的視野之中。
廣義相對(duì)論：任意坐標(biāo)系都平權(quán)
由于寫作的需要，這幾段話愛(ài)因斯坦先介紹了廣義相對(duì)論所能解決的問(wèn)題，再提出“廣義相對(duì)論”這個(gè)名詞。在廣義相對(duì)論中，即使從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，慣性系也不再具有優(yōu)先的地位，因此任意選取的坐標(biāo)系都是平權(quán)的。妙的是，在這里，愛(ài)因斯坦仿佛預(yù)見(jiàn)到了方舟子博士想不通這個(gè)問(wèn)題似的，為了不給方舟子博士狡辯余地，明確給出了他對(duì)日—地運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的觀點(diǎn)：
我們應(yīng)用任何一個(gè)坐標(biāo)系都一樣。“太陽(yáng)靜止，地球在運(yùn)動(dòng)”，或“太陽(yáng)在運(yùn)動(dòng)，地球靜止”，這兩句話，便只是對(duì)兩個(gè)不同坐標(biāo)系的兩種不同習(xí)慣的說(shuō)法而已。
我們?cè)倩氐秸麄€(gè)事件的起因，爭(zhēng)論始于chang網(wǎng)友的發(fā)言：“嚴(yán)格說(shuō)，地球繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，還是太陽(yáng)繞著地球轉(zhuǎn)，完全取決于坐標(biāo)系的選擇。”（“嚴(yán)格說(shuō)”三字表明該網(wǎng)友無(wú)意否定“太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)”的小學(xué)生常識(shí)，只是想從更高的角度做下補(bǔ)充。）和愛(ài)因斯坦的話不完全一樣，不過(guò)實(shí)在也差不太多。方舟子直接譏刺道：“真有傻子把自己當(dāng)聰明人的?！彼詾樽约褐皇橇R一個(gè)無(wú)名之輩“傻子”，恐怕萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)想到，這一下連愛(ài)因斯坦也一起罵上了。方舟子博士，到底是你傻還是愛(ài)因斯坦傻呢？面對(duì)提及廣義相對(duì)論的網(wǎng)友，方舟子博士說(shuō)：“又扯上廣義相對(duì)論了，得把愛(ài)因斯坦氣活過(guò)來(lái)不可。” “再扯扯廣義相對(duì)論，看物理要強(qiáng)到什么程度才能說(shuō)太陽(yáng)繞地球轉(zhuǎn)。”方舟子博士無(wú)非是想抬出愛(ài)因斯坦來(lái)狐假虎威一般，可是真是不幸，似乎愛(ài)因斯坦自己也擔(dān)心被氣活過(guò)來(lái)，特意在八十年前就“扯扯廣義相對(duì)論”，給出了這般回應(yīng)。方舟子博士曾在《“穿越”時(shí)空為什么不可能》一文中語(yǔ)破天驚地科普道：“根據(jù)狹義相對(duì)論，如果速度超過(guò)光速，時(shí)間將變?yōu)樨?fù)數(shù)。”這一刻，方舟子博士突破了光速，穿越了時(shí)空，對(duì)八十年前的愛(ài)因斯坦進(jìn)行了對(duì)話，罵他是“傻子”。這真是偉大的奇跡??！
（注：方舟子博士在《“穿越”時(shí)空為什么不可能》一文中科普的“根據(jù)狹義相對(duì)論超過(guò)光速時(shí)間變負(fù)”云云當(dāng)然是錯(cuò)的，這是個(gè)低級(jí)且外行的錯(cuò)誤。在科學(xué)公園老師的指教下，方舟子博士曾對(duì)這句話做過(guò)改動(dòng)，然而積重難返，修改之后仍然是錯(cuò)的，詳見(jiàn)米娜露莎網(wǎng)友所寫的《科普者的錯(cuò)誤》。面對(duì)依舊存在的錯(cuò)誤，方舟子博士一不認(rèn)錯(cuò)，二不做聲，卻聽(tīng)任謬種流傳，甚至將此文收入《方舟子自選集》中，并由金主出資四處贈(zèng)送書(shū)籍，貽害中小學(xué)生。按照方舟子博士自己的標(biāo)準(zhǔn)，光這件事情就足以證明他已經(jīng)失去了科普資格。）
網(wǎng)友評(píng)論：
1. 愛(ài)因斯坦都預(yù)見(jiàn)到方舟子會(huì)在一個(gè)世紀(jì)后扯他的相對(duì)論，不得不白紙黑字寫下駁斥方舟子謬論的觀點(diǎn)。
2. 愛(ài)因斯坦一定是個(gè)方黑！
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