前文说到马赫其实是不认同牛顿的观点的，那为啥马赫会这样呢？这就说来话长了，一切要从伽利略说起。伽利略是名人，他开创了近代科学，在过去人们谈论科学就全凭脑子想，一帮人在那思辨就行了，从来不会去做实验，伽利略就说这不行啊，一定要实验来验证才可以，在实验室里做实验和去直接观察大自然那是不一样的，自然界很复杂，影响结果的因素有很多，就不能保证唯一变量。而在实验室里则不一样，可以尽可能的去掉干扰项，使得可以保证有唯一的变量。伽利略最有名的实验莫过于比萨斜塔的实验，他的学生说伽利略在比萨斜塔上同时扔了两个球下去，一个十磅重一个一磅重，结果这俩球同时落地，这就说明了做自由落体实验的时候如果忽略空气阻力影响那下落时间就跟质量没什么关系，跟材料也没关系。
这实验就是三个关键词，伽利略，比萨斜塔，自由落体实验，只不过这学生说的三个关键词至少有两个是不靠谱的，要么就是伽利略没扔那球，要么就不是在比萨斜塔扔的，没有确切的证据可以证明这三件事有一定的关系。但是伽利略确实在实验室里做了那个斜面滚落的实验，这实验他做的非常细致非常透彻，各种情况的斜面他都做了一遍实验。斜面滚落和自由落体其实本质上是一回事，有关自由落体的实验后面还会再讲，它跟爱因斯坦的关系也很密切。其实伽利略最重要的一个实验也就是近代物理学的一个支柱叫相对性原理，伽利略把自己关在一艘大船的船舱里，船舱周围的窗户都封起来，从里面是看不到外面的景象的，他让人偷偷开船别告诉他，然后看自己能不能感觉的出来，不过这船开的必须特别平稳特别慢才行，那种在海里飞驰的就不行。伽利略发现自己不看外面景色根本无法判断出船是在开着还是静止的，于是伽利略得出结论，那就是不借助外界参考物就根本没办法分辨自身的运动状态，就算有了参照物也没办法确定到底是谁在动。禅宗六祖慧能曾经参加过一个辩论，有两个和尚在那吵究竟是风在动还是帆在动，结果慧能就说是你们俩的心在动，老和尚一说话别人就很晕了。老和尚晕伽利略可不晕，伽利略提出一个观点，就说运动是相对的，什么叫相对性？那就是我们无法分辨是自己在动还是外界的景物在动，既然无法分辨那么两者就没有区别，既然没区别那么就不影响计算，自己选一个最简单最适合参考系去计算就OK了。
伽利略说的其实就是一个运动学问题，我们中学物理课刚开的时候学的就是运动学，运动学里不涉及受力问题，不涉及惯性问题，这一切都是相对的。到了牛顿时期这事就不同了，牛顿提出了惯性定律，他认为物体是有惯性的，惯性就是物体表现出来的一种懒惰性，一个物体要加个速拐个弯那就能立刻感受到一种力在阻止它加速拐弯，这个就是惯性力。这个在物理上认为是受到了一个力，但实际上不是真的受力啊，牛顿就认为运动按照伽利略的观点是没错的，但是会存在一个绝对的空间和绝对的时间，所有的这些加速减速拐弯都是相对于绝对空间的运动，因此就可以很容易的分辨出来，比如说一辆汽车，刹车的时候人会往前冲，从运动学角度来说，地面不动车动和地面动车不动是等效的，这两者是分辨不出来的。一旦车不是匀速运动的，那么惯性就可以让车里的人感受出来，要是人站不稳那就说明车在动，要是周围的车在走但是自己站的稳稳当当的那就说明自己的车是没有动的，这就很好分辨了，因此牛顿就认为正因为人在里面能分辨出谁动谁不动，那么这两者根本就不是等效的，就必定会存在一个绝对的空间。牛顿为了说明他的观点就提出了那个水桶实验，这个实验上次结尾的时候讲了一下，这里再详细的把整个过程说一遍。当水桶开始转动的时候水还没开始动，从外界来看那就是桶转水不转，如果用桶上的摄像头视角来看那就是水自己在倒转，水面也是平的。过了一会水被桶带动一起转，水面凹下去了，从桶上的摄像头视角来看那就是水是静止的但是水面凹下去了。之后水桶停止旋转，水因为惯性会继续旋转，从桶上摄像头的视角来看水面是凹的，水在旋转。牛顿就说从摄像头角度来看只能看到两种情况，一是水静止的，二是水在旋转，摄像头看不到别的东西只能看到水的话那它怎么判断究竟是水在转还是桶在转呢？好办啊，就看水面是不是凹的，如果水面是凹的那么水就在转，如果水面是平的那么就是桶在转，哪怕水和桶相对静止，只要水面是凹的那水相对于绝对空间就一定是在转的，这样就说明了绝对空间是存在的。
水桶实验
马赫就对牛顿这种观点嗤之以鼻了，他就开始找这中间的问题，他觉得牛顿的说法有问题，水面之所以会凹下去那是因为水受到了惯性离心力的作用，马赫是哲学家，他就认为之所以会产生惯性离心力是因为宇宙万物都对这个东西有影响，但毕竟是哲学家嘛所以具体的不会说那么清楚，对于哲学家来说就说一句有影响就完事了，具体什么影响他可以不用管的。然后马赫就开始论证，这个水啊不仅仅是相对于桶在转，而是相对宇宙万物在转，不要以为能分辨出是水转还是桶转就赢了啊，假如说宇宙万物全都围绕水来做反向旋转，那水面一样是凹下去的，这样就根本分辨不出来是水在转还是宇宙万物在转，既然无法分辨那说明这俩就是一回事，计算上是等价的。马赫作为一个哲学家只要理论上怼一下牛顿就完事了，不需要做更深入的研究了，在奥林匹亚科学院的读书会上爱因斯坦就看到了马赫的这本书，他就开心坏了，觉得每一句话都说到他心坎里去了，他认为马赫说的对，一切都是相对的，没有绝对的空间也没有绝对的时间。马赫的这个观点给了爱因斯坦非常大的启发，他就把马赫的这个观点称之为马赫原理，爱因斯坦最头疼的事就在于引力和惯性看起来是两码事却又偏偏和质量有关，这两个问题就合并成了一个问题。根据马赫的想法惯性起源于相互作用，那引力也起源于相互作用，任何物体之间它都有引力，不管多远引力它都会存在，那爱因斯坦就想难道说惯性和引力是一回事吗？这两个东西的作用方式怎么这么相似呢？爱因斯坦发现其实当年牛顿对这事也很苦恼，牛顿在他那本《自然哲学之数学原理》一书里就提到过这个问题，他想引力质量和惯性质量是不是一回事，如果是一回事那自由落体就与质量无关，因为相互抵消因此质量不起作用。自由落地太快了，那就要去很高的高塔上做实验才行，而且实验结果也没办法做到很精确。于是牛顿就设计了一个单摆实验，他让一个摆自己在那晃，他就计算这个摆的摆动周期，他发现这个摆下面不管挂的是铅球还是铁球或者弄个石头球，不管下面是什么材料他算出来这个惯性质量和引力质量就是一回事，牛顿算到小数点后面很多位都发现是一样的，看不出来有什么区别。
单摆实验牛顿做了，后面也有人做了。在1900年一个匈牙利物理学家叫厄否，他把实验数据精确到了小数点后8位也没发现它们俩有啥区别，到20世纪中期，迪克把数据推到了小数点后10位，苏联的布拉金斯基推到了小数点后12位，一样没有发现有什么区别。后来这个实验依然在重复，因为很多人都还打爱因斯坦理论的主意，如果能证明这俩不是一回事那就能直接把爱因斯坦的理论给全盘推翻，甚至在德国专门建了一个100多米高的一座塔，在那塔上做自由落体实验。其实把自由落体实验改一下，变成炮弹，那就是一个抛射运动了，在这个运动中不管炮弹是什么材料的，只要初始速度和角度是一致的那在不考虑空气阻力的情况下炮弹的运动轨迹就会完全一致，在真空中做这个实验结果就是如此。在这一点上爱因斯坦就很受启发，物体都是在走固定的轨道，跟它自身的质量没有关系，只跟初始速度有关系，爱因斯坦突然灵光一闪，难道说引力只控制了炮弹的轨迹吗？不管炮弹的质量，那究竟是什么掌控着炮弹的轨迹呢？难道是几何效应？难道是时空的形状控制了炮弹的轨迹？爱因斯坦想到这就灵光乍现，完全都想通了，这是1907年的事。爱因斯坦他其实还挺得意的，后来他说啊，狭义相对论他不出手过个三五年总有人能搞出来，别人研究也都到附近了，但这个广义相对论他不出手，过个三五十年恐怕都没人搞出来，所以他对自己特别得意，毕竟这广义相对论完完全全都是他一个人的功劳。
巨大质量使得时空弯曲，产生“引力”
就在那几天里爱因斯坦每天都坐办公室自己发呆，嘴里还在那嘟囔什么从楼上跳下去是啥感觉啊，会不会疼啊啥的。他同事一看他这样都慌了啊，这人该不会得抑郁症想不开要自杀吧，从6楼跳下去不死也残废啊还能有啥感觉，各位都注意拦着点啊，别让他自杀。这爱因斯坦后来又在念叨失重，什么是失重呢？失重就是感受不到任何力，惯性和引力对于你来说全都消失了，爱因斯坦就很受启发，他就对他原来的狭义相对论做了扩充，把原来的一些设定都改了，他就假设光速不仅仅是针对惯性系速度不变，它对任何形式的运动对任何参考系都是不变的。还有一个重要的设定就是它是一个质点，它受到的引力和惯性力没法分辨。爱因斯坦就做了一个思维实验，有一个电梯在地面上，它受到了引力，另外掉落一个苹果，那么这个是自由落体运动。这时候假如说没有地球，电梯就飘荡在宇宙当中，离周围的行星足够远，做一个匀加速运动，这时候在电梯里放一个苹果它还是会呈现出一个自由落体的效果。爱因斯坦就说这个事不能分辨，不仅做力学实验分辨不出来，就连做电磁学实验也无法分辨这个力是受引力引起的还是因为加速引起的，这就是所谓的等效原理，这个原理是广义相对论一个很重要的基石。不过爱因斯坦还特别强调这是针对于一个质点的效果，如果范围大了就能区分出引力和惯性力的话那就不适用了。现在有很多民科喜欢找爱因斯坦的茬，但其实他们都没太注意，爱因斯坦是很严格的，他就明确说了只适用于一个点的情况下，但凡是两个点那就不行。不过不光是民科找爱因斯坦的茬，连马赫也不同意爱因斯坦的广义相对论，在后面爱因斯坦说他方程里这里那里说的都是跟马赫老师一样，是同一个意思，结果这马赫老师就是不认账。后面没过两天马赫就去世了，好多人就觉得可惜了啊，如果马赫早点去世那他也不会有机会过来否认广义相对论，至少去世的时候还是挺完美的一个人，结果这下弄的自己晚节不保，形象毁了不少。要晚去世几年呢说不定爱因斯坦给他解释一阵子自己又改变观点了也行啊，可惜也没这个机会了。到了1920年爱丁顿就用观测的方式直接证明了广义相对论是正确的，可惜马赫死的早，他1916年去世的，所以这个事他看不到。
回过头说爱因斯坦，他光想不行还得要计算啊，这就头疼了，这计算量比当年搞狭义相对论更难。他发现一个物体做自由落体运动，它在时空里走的是一条曲线，他当年做计算的时候完全是用一条直线做的计算，完全没去考虑弯曲的东西，弯曲的东西不好算啊，也没办法，谁叫他当年上课不认真听课呢，韦伯老师的物理课也逃，明可夫斯基的数学课也逃，这下要用到数学却发现自己不会了，爱因斯坦悔的肠子都青了，所以他赶紧找了格罗斯曼。格罗斯曼这会正好在给明可夫斯基当助教，他是个好学生，毕业之后就留校任教了，他一看爱因斯坦也过来求助于他了，他就在那给爱因斯坦想办法。其实这时候爱因斯坦已经开始发达了，先是在专利局升职了，年薪升到了4500瑞士法郎，职位是技术专家，后来苏黎世大学要聘请他去当副教授，他就在那犹豫，因为大学里工资没专利局给的多，结果大学特地还给他加薪他才从专利局跳槽到苏黎世大学任教，这是1909年事了。又过了一年布拉格大学找到爱因斯坦想让他去当正教授，这职位比苏黎世大学给的还高，那苏黎世大学就慌了啊就不让爱因斯坦走还给他加薪，给他涨到了5500瑞士法郎，不过后来爱因斯坦还是去了布拉格大学任教。这几个大学都在德语区，爱因斯坦的母语就是德语，所以他没啥压力，他的法语总是考3分，水平只能说一半，他拿法语做过演讲，也用法语跟居里夫人啊郎之万啊交流过，那说明语言问题不是很大。布拉格那时候还在奥匈帝国统治之下，那还是弗兰茨皇帝亲自批准爱因斯坦来布拉格大学任教的。弗兰茨皇帝当年也是个年轻帅小伙，他还是那个著名的茜茜公主的老公，不过他批准爱因斯坦来布拉格的时候已经是个80岁的老人了。
弗兰茨皇帝和茜茜公主
后来爱因斯坦还是回到了苏黎世大学任教，苏黎世工学院在1911年已经升级成了苏黎世工业大学，这学校就有了颁发博士学位的权利，算是一个完整的大学了，爱因斯坦这一回来就成了格罗斯曼啊明可夫斯基的同事了，因此他才有机会找格罗斯曼帮忙研究一下下一步该怎么办，爱因斯坦还跑去跟明可夫斯基请教，明可夫斯基还真就把自己手里工作停下来帮爱因斯坦查了三天三夜的资料，这没办法啊，那时候没互联网，很多消息都不是特别灵通。后来就告诉爱因斯坦，有几个意大利人在研究一门学问，叫做黎曼几何，我觉得这个学问可以给你帮助。其实爱因斯坦早就知道黎曼几何了，当年在奥林匹亚科学院的读书会上就读了庞加莱的一本科普读物，里面就提到了黎曼几何，当时爱因斯坦对庞加莱不是特别感兴趣，所以他自己也没细看，但很多以前读书会里的人提到庞加莱这本书还是很兴奋的。书到用时方恨少，这爱因斯坦就只能临时抱佛脚，开始恶补黎曼几何。但这黎曼几何没那么好学啊，这个东西非常难，学的让人头大，要了解这个黎曼几何就要从一对父子说起，他们的遭遇还是挺凄惨的。欲知后事如何，请看下回分解。
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