叨叨两句，想看干货直接下一段。所谓成也风云，败也风云，爱因斯坦基于伽利略相对性原理推导出来新的相对论，反过来又证明了伽利略的相对性原理有问题。我国是人情社会，有时候没必要非要强调非黑即白。伽利略是开山鼻祖，实验派科学的创始人，如果没有伽利略的相对论，爱因斯坦的《狭义相对论》就少一条基本原理。应该说《相对论》是相对性原理的一种延伸或扩展，伽利略的相对性原理仍然适用于宏观低速状态，恰恰我们生活在地球上，日常生活离光速太过遥远，伽利略相对性原理足矣。
从文化的角度出发，科学对于大多数人本来就是“无用”的，主要是用来指导技术，而技术才是面对大众的。1905年《狭义相对论》发表的时候，中国还处于清朝末期，如今的9年义务课本还是以伽利略与牛顿的经典物理为主，可见相对性原理是不能舍弃的。而100多年前的理论，对于现今的大部分人来还是难以理解的，就像牛顿力学也是经历了几百年的沧桑巨变才慢慢普及，或许300年后，我们发现爱因斯坦的理论可能还需要修改。
言归正传，下面我们聊聊300年前的“相对论”，简单说说和爱因斯坦相对“差”在哪。
比爱因斯坦早300年的相对论
科学源于古希腊哲学，柏拉图式爱情中所说的柏拉图就是古希腊哲学家，他有个很出色的学生，这人是亚历山大大帝的老师——亚里士多德。哲学家亚里士多德拍脑门认为物体越重，下落的速度越快，比如同一高度落下，一个橘子和一块砖头，砖头先着地。
西方人民就这么浑浑噩噩的过了将近1800年，直到一个叫伽利略的走上斜塔，同时松手一大一小，两个小球，同时落地，终结了这个愚蠢的思想。这也预示着科学正在从家里苦思冥想的哲学走出来，成了“用事实说话”的实验派。
小剧场
有的时候总动手太累了，也要打个盹。有一天，打盹时，他梦见自己在一艘船上，这艘船开的飞快，好在很稳，没有任何颠簸，梦中突然出现了亚里士多德的面孔把他惊醒了，由于还没有完全清醒，他就喊着“快来人啊，我要下船”。
下人回答到：“大人，咱们不在船上呀”。
他回答到：“是不是船开太稳了，你们忘记自己在船上了？”
下人回答：“大人，我们真不在船上。”
伽利略顿时灵光一现：“亚里士多德真旺我呀，梦里都给我送分来了。”
（以上故事纯属即兴虚构，不会有雷同）
伽利略顿悟的事情很简单，如果一个人在一个完全封闭、没有窗户的房间中，他无法分辨自己是在匀速行驶的船上，还是在静止在地面的房间中。
即使他的拿手好戏扔球也失效了，比如说往上空中直上直下扔小球，小球会掉回你的手中，动船和静止的房间会发生同样的事情。
或者假设船速是10m/s，在房间中以20m/s的初速度扔出去一个小球，小球相对于船这个匀速直线运动的坐标系老说，速度还是20m/s。如果是在静止的操场上，20m/s扔出，相对于地面这个静止得坐标系，小球的速度也是20m/s，怎么扔都没用。
这个问题其实没有多么复杂，思考一下我们天天在地球上，地球公转速度每秒约30公里，由于公转轨道太大，地球每秒间的距离几乎为直线，这不就非常接近匀速直线运动。我在地球上同样感受不到地球在动，我们在地球上以10m/s奔跑，但我们的速度并非（30公里+10米）每秒。除非抬头看看地球之外的世界，发现太阳、月亮、星星在动。
或者外面有人告诉我们，例如以静止在岸边的观察者为坐标系S，上面的像前抛球问题，在S看来小球的为船速20+球速10=30m/s，直上直下抛球在S看来，除了又直线上的速度，还有船赋予小球水平方向上的速度，即小球走的是斜线。
因此伽利略认定如果不跳出自己的坐标系往外看，你单凭实验无法区分运动和静止。匀速直线运动和静止没有本质区别，速度都是相对的。这个就是最早的相对论，叫“伽利略的相对论”。
这个相对论的出现让各路科学家顶礼膜拜，它赋予了人类一种信念，不管你的速度有多快，你的坐标系都不特殊，因此它还有个小名，“不特殊论”，然而它却被光速特殊对待了。
爱因斯坦的相对论与相对性原理
光速不变原理源于麦克斯韦方程中计算出来的光速为常数，并且在寻找光速的参照物时（光源论、以太论）失败了，并且寻找以太的迈克尔逊莫雷实验反而证明了以太不存在，因此光速成了绝对。
图：迈克逊莫雷实验
由此爱因斯坦把伽利略的相对性原理涵盖的力学范围扩展到了一切，换句话说爱因斯坦认为抛球之类的太OUT，无论是用光，还是任何你能所能到的方式，你都无法证明自己是静止还是在匀速直线运动，这就是《狭义相对论》第一条假设，第二条就是光速不变原理。
图：爱因斯坦说我广义相对论都玩上火箭了，你的小船LOW爆了
推导过程不赘述，简单说下理念，牛顿伽利略认为我们共用绝对时间，绝对空间，也就是绝对时空观。爱因斯坦基于两条假设的理论是时间和空间是不可分割的，时间推导出来是相对的。通俗来说，如果我们同处于一个操场上，你静止，我在操场上高速跑，那么咱俩就处于不同的时空之中，我的时空时间流速要比你的慢，比如我跑一圈我自己计时花了1秒，你在旁边计时，计时器显示的是1分钟，说一个不太恰当的比喻就像我们处于不同的世界之中。
伽利略的速度变换就是简单的速度加减，比如小明和小红速度分别为u和v'，他俩反向跑，相对速度就是u+v'。而狭义相对论需要先把不同时空中的速度换算成同一时空中的速度才能进行比较，下面为狭义相对论中的变换公式。
由于光速C很大，如果是我们日常生活中的速度代入进入，uv'/c^2无限接近于0，因此最后的结果还是u+v'，又回到了伽利略变换之中。
如果这个你能理解，你可以看一下，下面这个γ的公式。它叫洛伦兹因子，便于理解也可以称之为修正因子，或者时空变换因子。
你会发现《狭义相对论》中的大量公式，实际上描述的是两个不同时空的换算，而换算的方法就是乘上一个变换因子。
这么理解的话，狭义相对论并没有什么难的，而且把我们日常生活中的速度带入进去因子都约为1，于是m=m0，L=L0，t=t0。你看又回到了我们所认知的世界之中，伽利略计算即可，换句话说宏观低速状态，我们的时空是无比接近的，因此不会发生我坐了下高铁就穿越到未来的事情。
最后回到主题
伽利略错了吗？牛顿错了吗？文艺复兴不走，他们带领科学走出宗教与哲学，电磁学麦克斯韦尚未统一，以当时的科学与科技水平，光速难以企及，而爱因斯坦是站在巨人的肩膀上，其中也包括了伽利略，并且麦克斯韦光速恒定在前，迈克逊莫雷实验在后，而以上你看到的所有公式皆由洛伦兹推导出来的，爱因斯坦在于胆识与物理直觉，敢于打破旧的框架，建立一套新的体系。这就像是乔布斯，手机没有任何一部分是苹果创造的，但是整合起来的是苹果的。
伽利略说：我们是同一时空的人，爱因斯坦说：我们处于不同的时空之中，仅此而已。
