我们都知道广义相对论迄今为止是解释宇宙中各事物宏观态之间的关系最最广袤的科学学说。是一步步从地心说到日心说再到现在的宇宙学迭代而来的，它又涵盖了牛顿经典力学，修正了“伽利略变换”和万有引力。物理科学大厦的建造，就是靠着科学家学者们运用科学的研究方式，这样一砖一瓦盖起来的，当然过程中又少不了局部的推倒重来。科学方法论的核心工具，便是逻辑思维。

运用抽象的思维去完全理解一个抽象的名词、概念大到理论，其实是很难的，总觉得缺少点什么的支持。你的感觉是对的，这个“支持”就是能够解释抽象概念名字的例子和故事。人脑的学习方式和记忆习惯更容易接受具象的形式而非抽象，所以这就是为什么一个好的老师讲课会通过几个例子、故事来阐述一个抽象的概念，一个好的学生能够更快的把抽象的概念变成自己的知识，也是因为运用了更多相关的例子、故事去理解这个抽象的概念，也就是举一反三。

从常识到简单逻辑

发生在我们身边的现象，比如水烧开了以后会变成水蒸气、站在公交车上的人因为突然刹车身体会往前倾这类现象，我们都能够运用常识“汽化”和“惯性”来解释，学过初中物理的我们还能够用简单的逻辑来进行阐述：水由液体变为气体就是因为水分子在热能的不断做功下液体分子具有相对高的动能后挣脱周围分子的引力从液体表面跃出，形成蒸汽；刹车身体往前倾则是因为牛顿力学第一定律告诉我们“任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止”，所以我们有，公交车在做匀速直线运动，人相对于车厢是静止状态，公交车因外力（刹车）改变了运动状态，所以在车内的我们也被迫要改变状态，由静止到运动（身体前倾），再到静止（车停了）。

通过上面这个例子我们可以看出，由一个简单的词“惯性”到一个简单的逻辑“经典力学第一定律”来描述一个事实，后者听起来更有道理，来的更全面。后者比前者高了一个认知维度，让我们对一个现象的认知更全面通透。

牛顿力学这个看似简单的逻辑不仅仅是为了解释生活中的现象，它更大的学术意义在科学研究层面，为了解释这世间的一切现象。于是，通过经典力学我们学习到了更高维度的知识（逻辑规律）——惯性系。

参照系

说到惯性系之前，有一个很关键的知识点，就是参照系。参照系这个概念，是理解经典力学和相对论的前提，所有的结论都是建立在各个参照系下的，不同的参照系所观察到的数据也是不一样的。所以，为了更好的理解内容，小编在这里就和小伙伴们一起复习一下什么是参照系吧。

参照系里使用频率最高的一个词就是“相对于”，或者它还会以其他的形式出现，比如“在谁谁看来”、“在谁谁的坐标系中”、“在谁谁的视角中”。比如小红在操场的中心站着，小明坐在自行车上被爸爸载着绕操场转圈，那现在我要来形容小红的运动状态，小红会说：“我相对于主席台是静止的”“在主席台看来，我是静止不动的”；再来形容小明的运动状态：“小明相对于小红，是运动的”“小明相对于主席台，是运动的”。通过以上例子我们可以很清楚的理解，相对于“谁”，或者在“谁”看来，这个“谁”就是参照系。

那么再增加一点难度，“相对于小明，小红的运动状态是？”“相对于小明，主席台的运动状态是？”聪明的小伙伴已经想到答案了，相对于小明，小红和主席台都是运动的。

再来一个，“相对于太阳，小红的运动状态是？”“相对于月亮，小明的运动状态是？”这两个问题比之前的又难了那么一点点，但是仔细想一下很快就能想清楚：相对于太阳，小红坐在地球这个“大飞船”上绕着太阳做公转和自转运动，那么小红的状态是运动的。第二个问题：相对于月亮，地球也是在运动的（虽然月亮围着地球转，但若将月球视为参照系，月球就是静止的，相对于月球的地球就是在运动的），而在地球上做运动的小明，相对于月亮也是在做不规则运动的（想象一下你站在月球上的一个点A去观察地球上的小明）。

是不是有点烧脑了？如果小明相对于月亮的问题实在难以理解可以简化成：小红站在月球上的A点不动，小明在地球的操场上坐着自行车移动，那么相对于小明，小红的运动状态是？（把视角固定在地球上去看月球，就更容易想象和理解了）

好了，理解了参照系，我们继续往前走。

从惯性系到光速

在人类通过实验证明光速是一个物理常数（具有确定不变数值的物理量）之前，人类理解世界上物体运动规律：质量、速度、时间和距离（位移）相互之前的关系，运用最多的一个思维模型就是“伽利略变换”。理解“伽利略变换”之前，我们先要知道“伽利略相对性原理”。“伽利略相对性原理”是说：“在任何惯性系中，力学规律保持不变”。惯性系就是两种状态：相对静止和相对匀速直线运动。力学规律就是指惯性定律和自由落体定律。这个原理也是奠定牛顿经典力学的基石。通过这个原理，来解释物体运动规律的思维模型“伽利略变换”就出现了。

“伽利略变换”这个看似挺专业和高大上的术语其实我们在小学就学过了，你不信？那我给你出道题：

小明在一辆时速为100公里/小时的火车上，朝火车运动的方向奔跑，奔跑的速度是5公里/小时。问题来了，小明的速度相对于站在铁轨旁边静止不动的小红是多少呢？

答案很简单，100+5=105公里/小时，这就是小明相对于小红的速度。这就是伽利略变换。简单吧？这个计算过程有逻辑，也符合我们的直觉，可以解释身边的现象。

这个公式在17世纪出现，一直到20世纪初期，这都被科学界认为是解释宇宙中物体动量的“真理”。随着科学不断的发展，战斗在数学、物理、化学、宇宙天文学等学科第一线的科学家们发现这个“真理”解释不了他们观测、试验到的现象。尤其是到光速的具体值被测量出来以后，我们都知道光速是一个物理常数，光在真空中的传播速度约为30万公里/秒，这个数值是恒定的物理量，不会因参考坐标系的变换而变换的。那么问题就来了，如果我们在两道平行的光其中一条上去观测另一条，测到的数据根据“伽利略变换”定理，应该为0（速度、方向相同等于相对静止）才对，但根据无数理论试验证明，光速恒定不变，你不管在什么样的速度上测量真空中的光速，都应当是30万公里每秒。

科学上的两大原则“光速恒定不变”“伽利略变换”在这一刻产生了强烈的矛盾冲突，而解决这个强大的矛盾就需要一套超越这两大原则的更高维的逻辑——狭义相对论。