飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
笛卡爾把空間看成一隻盛滿物質的箱子，箱子裡面還有許多獨立的小箱子在其中自由的運動，而每個小箱子內也有更多的、更小的箱子在裡面自由的運動。每一個箱子都是一個"被包圍的空間"，每一個箱子裡都有許多獨立的"被包圍的空間"在作相互運動。宇宙包含了無數個星系，星系包含了無數個恆星系統，恆星系統又包含了無數個類似地球的行星，地球（行星）又包含了無數的汽車、飛機和輪船等"被包圍的空間"——移動的參照系，這是典型的多層次絕對（剛性）參照系空間結構。薩爾維阿蒂大船如果沒有封閉的船艙就不會有"被包圍的空間"，也就沒有供蒼蠅、蝴蝶自由地活動的相對靜止的空間。簡單地說，只要是封閉的空間，無論是第一宇宙速度還是第六宇宙速度都一樣，蒼蠅、蚊子和蝴蝶們在裡面都可以自由地飛翔。
問題來了，300多年前伽利略就回答了這類問題，為什麼現在還有人把這個當成未解之謎呢？
好了，現在的問題是，蚊子們是否違反了相對論？
答案可能會超出人們的想象，不僅蚊子們違反了相對論？地球上所有的物質的運動都違反了相對論！因為不僅飛機在高速飛行，地球的飛行速度更快！地球上所有的物質的運動都沒有受地球運動速度的影響。為什麼說它們都違反了相對論呢？
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
笛卡爾把空間看成一隻盛滿物質的箱子，箱子裡面還有許多獨立的小箱子在其中自由的運動，而每個小箱子內也有更多的、更小的箱子在裡面自由的運動。每一個箱子都是一個"被包圍的空間"，每一個箱子裡都有許多獨立的"被包圍的空間"在作相互運動。宇宙包含了無數個星系，星系包含了無數個恆星系統，恆星系統又包含了無數個類似地球的行星，地球（行星）又包含了無數的汽車、飛機和輪船等"被包圍的空間"——移動的參照系，這是典型的多層次絕對（剛性）參照系空間結構。薩爾維阿蒂大船如果沒有封閉的船艙就不會有"被包圍的空間"，也就沒有供蒼蠅、蝴蝶自由地活動的相對靜止的空間。簡單地說，只要是封閉的空間，無論是第一宇宙速度還是第六宇宙速度都一樣，蒼蠅、蚊子和蝴蝶們在裡面都可以自由地飛翔。
問題來了，300多年前伽利略就回答了這類問題，為什麼現在還有人把這個當成未解之謎呢？
好了，現在的問題是，蚊子們是否違反了相對論？
答案可能會超出人們的想象，不僅蚊子們違反了相對論？地球上所有的物質的運動都違反了相對論！因為不僅飛機在高速飛行，地球的飛行速度更快！地球上所有的物質的運動都沒有受地球運動速度的影響。為什麼說它們都違反了相對論呢？
原因很簡單，相對論建立在"真空中光速不變原理"的基礎上，所有的空間都是空無一物的真空。也就是說，在真空的假設下，飛機的內外和地球表面與宇宙空間都在同一種性質的空間中，沒有內外的分別。還有，相對論之所以稱為相對論，是因為一個物體（參照系）只與另一個物體相互參照做相對運動。也就是說，在飛機機艙內，一隻蚊子只與另一隻蚊子（請注意，不是參照幾隻蚊子）互為參照來確認是否運動，而不是相對於空間（例如空氣或水）運動（絕對運動）。對相對論來說，空間是被忽略的，飛機只是一個質點，沒有內部空間，飛機機艙內部和外部沒有區別，這是問題的關鍵。
問題來了，為什麼飛機機艙內的蚊子可以跟上飛機的速度呢？如果飛機內外空間沒有區別， 那麼，隨著飛機的加速度（非常快），無論蚊子們是懸停在空中還是在自由飛翔，蚊子們都將會撞向飛機後壁。但是，事實上，無論是起飛或是降落，機艙內的蚊子們都可以自由飛翔，而不受飛機運動狀態的影響。
飛機內外的空間是否相同？飛機內部空間是否是一個獨立的空間和獨立的參照系呢？現實很殘酷，用再多的自然現象和常識也無法說服思維僵化的人，科學需要實驗證明，那我們還是用貼近生活的實驗來說明這個問題吧。
假設在勻速前進的火車車廂裡，從車廂的一側A點向另一側唯一打開的小車窗（蘋果可以通過就好）的A1點扔出一隻蘋果。
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
笛卡爾把空間看成一隻盛滿物質的箱子，箱子裡面還有許多獨立的小箱子在其中自由的運動，而每個小箱子內也有更多的、更小的箱子在裡面自由的運動。每一個箱子都是一個"被包圍的空間"，每一個箱子裡都有許多獨立的"被包圍的空間"在作相互運動。宇宙包含了無數個星系，星系包含了無數個恆星系統，恆星系統又包含了無數個類似地球的行星，地球（行星）又包含了無數的汽車、飛機和輪船等"被包圍的空間"——移動的參照系，這是典型的多層次絕對（剛性）參照系空間結構。薩爾維阿蒂大船如果沒有封閉的船艙就不會有"被包圍的空間"，也就沒有供蒼蠅、蝴蝶自由地活動的相對靜止的空間。簡單地說，只要是封閉的空間，無論是第一宇宙速度還是第六宇宙速度都一樣，蒼蠅、蚊子和蝴蝶們在裡面都可以自由地飛翔。
問題來了，300多年前伽利略就回答了這類問題，為什麼現在還有人把這個當成未解之謎呢？
好了，現在的問題是，蚊子們是否違反了相對論？
答案可能會超出人們的想象，不僅蚊子們違反了相對論？地球上所有的物質的運動都違反了相對論！因為不僅飛機在高速飛行，地球的飛行速度更快！地球上所有的物質的運動都沒有受地球運動速度的影響。為什麼說它們都違反了相對論呢？
原因很簡單，相對論建立在"真空中光速不變原理"的基礎上，所有的空間都是空無一物的真空。也就是說，在真空的假設下，飛機的內外和地球表面與宇宙空間都在同一種性質的空間中，沒有內外的分別。還有，相對論之所以稱為相對論，是因為一個物體（參照系）只與另一個物體相互參照做相對運動。也就是說，在飛機機艙內，一隻蚊子只與另一隻蚊子（請注意，不是參照幾隻蚊子）互為參照來確認是否運動，而不是相對於空間（例如空氣或水）運動（絕對運動）。對相對論來說，空間是被忽略的，飛機只是一個質點，沒有內部空間，飛機機艙內部和外部沒有區別，這是問題的關鍵。
問題來了，為什麼飛機機艙內的蚊子可以跟上飛機的速度呢？如果飛機內外空間沒有區別， 那麼，隨著飛機的加速度（非常快），無論蚊子們是懸停在空中還是在自由飛翔，蚊子們都將會撞向飛機後壁。但是，事實上，無論是起飛或是降落，機艙內的蚊子們都可以自由飛翔，而不受飛機運動狀態的影響。
飛機內外的空間是否相同？飛機內部空間是否是一個獨立的空間和獨立的參照系呢？現實很殘酷，用再多的自然現象和常識也無法說服思維僵化的人，科學需要實驗證明，那我們還是用貼近生活的實驗來說明這個問題吧。
假設在勻速前進的火車車廂裡，從車廂的一側A點向另一側唯一打開的小車窗（蘋果可以通過就好）的A1點扔出一隻蘋果。
以A點處觀察，在不同的情況下會得到兩個軌跡：
1．軌跡a，蘋果從A處到飛出車窗處A1處，這段軌跡是直線（忽略垂直方向拋物弧線），即無需考慮提前量。從A1處飛出車窗後會朝火車前進相反方向產生弧線軌跡至A2。
2．軌跡b，蘋果從A點開始就會朝火車前進相反方向運動產生弧線軌跡至B。
形成軌跡a的原因是車廂內的空間和車廂同步運動，也就是說車廂內的空間被運動的車廂曳引作同步運動，車廂內的空間是絕對空間。當運動的蘋果以這個絕對空間為剛性參照系運動，那麼，同伽利略薩爾維阿蒂大船船艙內部拋擲任何物體一樣，不用考慮任何變量，在蘋果飛離車窗之前是在一個獨立空間參照系內部運動。所以，蘋果從A處到飛出車窗處A1處經過車廂內的軌跡是直線（忽略拋物線）。離開車窗後從A1到A2，蘋果就進入另一個更大的參照系，因車廂的運動而產生一個與運動方向相反的弧線運動軌跡。因此，蘋果從拋物點A到車窗處A1處這段空間是車廂曳引同步運動的獨立空間參照系。
軌跡b有2個可能的原因：
1．A點是在車廂頂部；
2．車廂前後沒有廂壁，車廂如同一截前後通風的管道。
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
笛卡爾把空間看成一隻盛滿物質的箱子，箱子裡面還有許多獨立的小箱子在其中自由的運動，而每個小箱子內也有更多的、更小的箱子在裡面自由的運動。每一個箱子都是一個"被包圍的空間"，每一個箱子裡都有許多獨立的"被包圍的空間"在作相互運動。宇宙包含了無數個星系，星系包含了無數個恆星系統，恆星系統又包含了無數個類似地球的行星，地球（行星）又包含了無數的汽車、飛機和輪船等"被包圍的空間"——移動的參照系，這是典型的多層次絕對（剛性）參照系空間結構。薩爾維阿蒂大船如果沒有封閉的船艙就不會有"被包圍的空間"，也就沒有供蒼蠅、蝴蝶自由地活動的相對靜止的空間。簡單地說，只要是封閉的空間，無論是第一宇宙速度還是第六宇宙速度都一樣，蒼蠅、蚊子和蝴蝶們在裡面都可以自由地飛翔。
問題來了，300多年前伽利略就回答了這類問題，為什麼現在還有人把這個當成未解之謎呢？
好了，現在的問題是，蚊子們是否違反了相對論？
答案可能會超出人們的想象，不僅蚊子們違反了相對論？地球上所有的物質的運動都違反了相對論！因為不僅飛機在高速飛行，地球的飛行速度更快！地球上所有的物質的運動都沒有受地球運動速度的影響。為什麼說它們都違反了相對論呢？
原因很簡單，相對論建立在"真空中光速不變原理"的基礎上，所有的空間都是空無一物的真空。也就是說，在真空的假設下，飛機的內外和地球表面與宇宙空間都在同一種性質的空間中，沒有內外的分別。還有，相對論之所以稱為相對論，是因為一個物體（參照系）只與另一個物體相互參照做相對運動。也就是說，在飛機機艙內，一隻蚊子只與另一隻蚊子（請注意，不是參照幾隻蚊子）互為參照來確認是否運動，而不是相對於空間（例如空氣或水）運動（絕對運動）。對相對論來說，空間是被忽略的，飛機只是一個質點，沒有內部空間，飛機機艙內部和外部沒有區別，這是問題的關鍵。
問題來了，為什麼飛機機艙內的蚊子可以跟上飛機的速度呢？如果飛機內外空間沒有區別， 那麼，隨著飛機的加速度（非常快），無論蚊子們是懸停在空中還是在自由飛翔，蚊子們都將會撞向飛機後壁。但是，事實上，無論是起飛或是降落，機艙內的蚊子們都可以自由飛翔，而不受飛機運動狀態的影響。
飛機內外的空間是否相同？飛機內部空間是否是一個獨立的空間和獨立的參照系呢？現實很殘酷，用再多的自然現象和常識也無法說服思維僵化的人，科學需要實驗證明，那我們還是用貼近生活的實驗來說明這個問題吧。
假設在勻速前進的火車車廂裡，從車廂的一側A點向另一側唯一打開的小車窗（蘋果可以通過就好）的A1點扔出一隻蘋果。
以A點處觀察，在不同的情況下會得到兩個軌跡：
1．軌跡a，蘋果從A處到飛出車窗處A1處，這段軌跡是直線（忽略垂直方向拋物弧線），即無需考慮提前量。從A1處飛出車窗後會朝火車前進相反方向產生弧線軌跡至A2。
2．軌跡b，蘋果從A點開始就會朝火車前進相反方向運動產生弧線軌跡至B。
形成軌跡a的原因是車廂內的空間和車廂同步運動，也就是說車廂內的空間被運動的車廂曳引作同步運動，車廂內的空間是絕對空間。當運動的蘋果以這個絕對空間為剛性參照系運動，那麼，同伽利略薩爾維阿蒂大船船艙內部拋擲任何物體一樣，不用考慮任何變量，在蘋果飛離車窗之前是在一個獨立空間參照系內部運動。所以，蘋果從A處到飛出車窗處A1處經過車廂內的軌跡是直線（忽略拋物線）。離開車窗後從A1到A2，蘋果就進入另一個更大的參照系，因車廂的運動而產生一個與運動方向相反的弧線運動軌跡。因此，蘋果從拋物點A到車窗處A1處這段空間是車廂曳引同步運動的獨立空間參照系。
軌跡b有2個可能的原因：
1．A點是在車廂頂部；
2．車廂前後沒有廂壁，車廂如同一截前後通風的管道。
這兩種情況都有一個共同點，都沒有被曳引的'被包圍的空間'，車廂內不是一個獨立空間參照系。A點只是一個質點，車廂僅是一個沒有'被包圍的空間'的慣性運動的質點（狹義相對性原理就是這樣的前提條件）。
也許有人說，愛因斯坦認為如果承認"真空光速獨立於參考系"為基本原理，可以建立起一種新的時空觀（相對論時空觀）。相對論的光速不變說的是光，拿蒼蠅、蚊子和蘋果這類低速運動的物體沒有說服力。
好吧，我們就用光來實驗光速是否可以獨立於參考系。
我們知道，在同一空間介質（空氣或水）內光速不變，但是，運動的光源與空間存在相對運動時會產生多普勒效應。即運動的光源的光不會快於這種空間介質內的最大光速或慢於這種空間介質內的光速。我們以此客觀事實為基礎來進行實驗，在運動的車廂外部（車頂）和車廂內部分別設立一個固定光源，如果車廂內外空間沒有區別，那麼，車廂內外的光源都會產生多普勒效應，如果車廂內外並非同一空間參照系，那麼，車廂內外的光源會產生不同的結果。
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
笛卡爾把空間看成一隻盛滿物質的箱子，箱子裡面還有許多獨立的小箱子在其中自由的運動，而每個小箱子內也有更多的、更小的箱子在裡面自由的運動。每一個箱子都是一個"被包圍的空間"，每一個箱子裡都有許多獨立的"被包圍的空間"在作相互運動。宇宙包含了無數個星系，星系包含了無數個恆星系統，恆星系統又包含了無數個類似地球的行星，地球（行星）又包含了無數的汽車、飛機和輪船等"被包圍的空間"——移動的參照系，這是典型的多層次絕對（剛性）參照系空間結構。薩爾維阿蒂大船如果沒有封閉的船艙就不會有"被包圍的空間"，也就沒有供蒼蠅、蝴蝶自由地活動的相對靜止的空間。簡單地說，只要是封閉的空間，無論是第一宇宙速度還是第六宇宙速度都一樣，蒼蠅、蚊子和蝴蝶們在裡面都可以自由地飛翔。
問題來了，300多年前伽利略就回答了這類問題，為什麼現在還有人把這個當成未解之謎呢？
好了，現在的問題是，蚊子們是否違反了相對論？
答案可能會超出人們的想象，不僅蚊子們違反了相對論？地球上所有的物質的運動都違反了相對論！因為不僅飛機在高速飛行，地球的飛行速度更快！地球上所有的物質的運動都沒有受地球運動速度的影響。為什麼說它們都違反了相對論呢？
原因很簡單，相對論建立在"真空中光速不變原理"的基礎上，所有的空間都是空無一物的真空。也就是說，在真空的假設下，飛機的內外和地球表面與宇宙空間都在同一種性質的空間中，沒有內外的分別。還有，相對論之所以稱為相對論，是因為一個物體（參照系）只與另一個物體相互參照做相對運動。也就是說，在飛機機艙內，一隻蚊子只與另一隻蚊子（請注意，不是參照幾隻蚊子）互為參照來確認是否運動，而不是相對於空間（例如空氣或水）運動（絕對運動）。對相對論來說，空間是被忽略的，飛機只是一個質點，沒有內部空間，飛機機艙內部和外部沒有區別，這是問題的關鍵。
問題來了，為什麼飛機機艙內的蚊子可以跟上飛機的速度呢？如果飛機內外空間沒有區別， 那麼，隨著飛機的加速度（非常快），無論蚊子們是懸停在空中還是在自由飛翔，蚊子們都將會撞向飛機後壁。但是，事實上，無論是起飛或是降落，機艙內的蚊子們都可以自由飛翔，而不受飛機運動狀態的影響。
飛機內外的空間是否相同？飛機內部空間是否是一個獨立的空間和獨立的參照系呢？現實很殘酷，用再多的自然現象和常識也無法說服思維僵化的人，科學需要實驗證明，那我們還是用貼近生活的實驗來說明這個問題吧。
假設在勻速前進的火車車廂裡，從車廂的一側A點向另一側唯一打開的小車窗（蘋果可以通過就好）的A1點扔出一隻蘋果。
以A點處觀察，在不同的情況下會得到兩個軌跡：
1．軌跡a，蘋果從A處到飛出車窗處A1處，這段軌跡是直線（忽略垂直方向拋物弧線），即無需考慮提前量。從A1處飛出車窗後會朝火車前進相反方向產生弧線軌跡至A2。
2．軌跡b，蘋果從A點開始就會朝火車前進相反方向運動產生弧線軌跡至B。
形成軌跡a的原因是車廂內的空間和車廂同步運動，也就是說車廂內的空間被運動的車廂曳引作同步運動，車廂內的空間是絕對空間。當運動的蘋果以這個絕對空間為剛性參照系運動，那麼，同伽利略薩爾維阿蒂大船船艙內部拋擲任何物體一樣，不用考慮任何變量，在蘋果飛離車窗之前是在一個獨立空間參照系內部運動。所以，蘋果從A處到飛出車窗處A1處經過車廂內的軌跡是直線（忽略拋物線）。離開車窗後從A1到A2，蘋果就進入另一個更大的參照系，因車廂的運動而產生一個與運動方向相反的弧線運動軌跡。因此，蘋果從拋物點A到車窗處A1處這段空間是車廂曳引同步運動的獨立空間參照系。
軌跡b有2個可能的原因：
1．A點是在車廂頂部；
2．車廂前後沒有廂壁，車廂如同一截前後通風的管道。
這兩種情況都有一個共同點，都沒有被曳引的'被包圍的空間'，車廂內不是一個獨立空間參照系。A點只是一個質點，車廂僅是一個沒有'被包圍的空間'的慣性運動的質點（狹義相對性原理就是這樣的前提條件）。
也許有人說，愛因斯坦認為如果承認"真空光速獨立於參考系"為基本原理，可以建立起一種新的時空觀（相對論時空觀）。相對論的光速不變說的是光，拿蒼蠅、蚊子和蘋果這類低速運動的物體沒有說服力。
好吧，我們就用光來實驗光速是否可以獨立於參考系。
我們知道，在同一空間介質（空氣或水）內光速不變，但是，運動的光源與空間存在相對運動時會產生多普勒效應。即運動的光源的光不會快於這種空間介質內的最大光速或慢於這種空間介質內的光速。我們以此客觀事實為基礎來進行實驗，在運動的車廂外部（車頂）和車廂內部分別設立一個固定光源，如果車廂內外空間沒有區別，那麼，車廂內外的光源都會產生多普勒效應，如果車廂內外並非同一空間參照系，那麼，車廂內外的光源會產生不同的結果。
實驗結果沒有懸念，車廂頂部（外部）的光源會產生多普勒效應，而車廂（封閉的）內部的光源不會產生多普勒效應。實驗證明，封閉的車廂內部空間相對靜止，與光源不存在相對運動。證明車廂內部空間與車廂外部空間並不相同。也就是說，車廂內部空間是一個獨立的參照系。事實上，無論是高鐵還是飛機，每小時1000公里還是每小時100萬公里，只要存在一個密封的空間，無論是蒼蠅、蚊子還是蝴蝶都可以自由飛翔。這並不是什麼新鮮事，早在1632年伽利略就已在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》公佈於眾了，這就伽利略變換。應該奇怪的是，為什麼我們現在反而無法解釋這個小兒科的問題了呢？
令人好奇的是，所有聲稱驗證了相對論的證據都不在地球上，誰能用解釋地球上的任何客觀現象呢？例如海市蜃樓、彩虹、幻日和佛光現象。我們知道，物理理論為解釋客觀現象而存在，而不是為了證明一個理論的正確而創建一個符合這個理論的世界。簡單地說，物理理論必須能夠解釋客觀現象，不然，再華麗的理論也沒有存在的價值。
飛機機艙裡的蚊子能否自由飛翔？蚊子們是否違反了相對論？
作者丨李春生（書房記特約專欄作者）
蚊子無處不在，它是不是除蟑螂之外這個世界最難纏的動物？我們今天討論的是在起飛、降落和高速飛行的飛機機艙裡，蚊子們是否可以自由的飛翔。這又是一個簡單的問題，又是一個複雜的問題，因為，看似簡單，實際卻非常複雜，這關係到經典物理學和相對論誰是正確理論的大問題。
首先，我們可以說飛機機艙裡的蚊子們是否違反了相對論！
等一下，蚊子們覺得有話說：我們雖然讓人類討厭，但是，我們沒有招誰惹誰，為什麼就違反了相對論呢？
彆著急，你們雖然違反了相對論，但是，並沒有違反經典物理學，準確地說違反洛倫茲變換，而沒有違反伽利略變換。其實，飛機機艙裡的蚊子們為什麼能跟上飛機的速度這事兒並不新鮮，300多年前就有人回答了這類問題。
17世紀，地心說學派認為，如果地球處於高速地運動中，為什麼在地面上的人一點也感覺不出來呢？為了否定亞里土多德——托勒密的時空觀，1632年，伽利略在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》著作中借薩爾維阿蒂之口說出他的觀點：把你和一些朋友關在一條大船甲板下的主艙裡，再讓你帶幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他小飛蟲。然後，掛上一隻大水瓶，讓水一滴、一滴地滴到下面的寬口罐裡。大船停止不動時，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內各方向飛行，魚向著各個方向隨便遊動，水滴滴進下面的罐子裡。你把任何東西扔給你的朋友時只要距離相等，向著一個方向不比另一方向用更多的力，你雙腳起跳，向哪個方向，跳過的距離都相等……在使船以任何速度前進，只要運動是勻速的，也不會忽左忽右的擺動。你將會發現，上述的現象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個現象來確定船是運動還是停著不動。即使船運動得相當快，在跳躍時，你將和以前一樣，在船底甲板跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來的遠，雖然你跳到空中時，腳下的船底板向你跳的相反方向移動，你把什麼東西扔向你的同伴時，不論他是在船頭還是船尾，只要你自己站在對面，你也並不需要用更多的力。水滴將像先前一樣，滴在下面的罐子裡，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時，船已經行駛出了很遠的距離……如果點香冒煙，則將看到煙像一朵雲一樣向上升起，不會向任何一邊移動。所有這些一致的現象，其原因在於船的運動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的，這正是為什麼我說你，應該在甲板下面的緣故；因為如果這個實驗在露天（船甲板上）進行，就不會跟上船的運動，那樣上述某些現象就會發現或多或少的顯著差別。毫無疑問，煙會隨同空氣本身一樣遠遠地落在後面。至於蒼蠅、蝴蝶，如果它們脫離船的運動有一段客觀的距離，由於空氣的阻力，就不能跟上船的運動。［伽利略，《兩大世界體系的對話》，北京大學出版社，2006年，第130~131頁］伽利略借用薩爾維阿蒂的大船來描述慣性參考系並取得巨大成功。最終，日心說替代了地心說，由此也奠定了經典物理學的基礎。
我們知道，地球在自轉也在公轉，地球表面上的蒼蠅、蝴蝶和小鳥為什麼沒有被"以太風"吹走呢？
我們來做個思想實驗。假設伽利略的薩爾維阿蒂大船以10海里的時速勻速航行。封閉船艙裡的蒼蠅、蝴蝶和魚缸裡的魚，它們都如同在封閉靜止的臥室空間中一樣悠然自得地活動，滴水依然準確地落入水罐之中，沒有任何異常。但是，當打開封閉船艙頂部的甲板時，與運動速度相對應的風就吹了進來，蒼蠅、蝴蝶和水滴都被吹到船尾去了。而蓋上甲板和關閉窗子後一切又恢復成正常。在《兩大世界體系的對話》中，伽利略指出：如果這個實驗在露天進行，蒼蠅、蝴蝶和水滴就不會跟上船的運動。文中露天指的是船甲板上，船和船甲板上都參照大自然環境這個絕對參照系運動。而船艙內部卻是一個封閉的空間，也是一個相對靜止的空間。在船甲板內部的蒼蠅、蝴蝶和水滴都以船艙內的空間為參照系，而不會以船艙外面的大的自然環境為參照系。船艙內部的空間是不是絕對空間是矛盾的焦點。
還有一個細節問題。船甲板和船的舷窗打開後，船艙內的相對靜止的空間被破壞，蒼蠅、蝴蝶和水滴被吹到船尾，但有一種生物仍然安然無恙——魚缸裡的魚仍在自由的遊動，不僅在封閉的船艙內沒問題，即使把魚缸搬到船甲板上，魚缸裡的魚也遊動自如。原因非常簡單，魚缸裡的水相對於外部環境也是一個相對靜止的空間。我們再來梳理一下，相對於船外的空間，封閉的船艙內是一個相對靜止（獨立）的空間；相對於船艙內部或外部的空間，魚缸裡的水也是一個相對靜止（獨立）的空間。
笛卡爾把空間看成一隻盛滿物質的箱子，箱子裡面還有許多獨立的小箱子在其中自由的運動，而每個小箱子內也有更多的、更小的箱子在裡面自由的運動。每一個箱子都是一個"被包圍的空間"，每一個箱子裡都有許多獨立的"被包圍的空間"在作相互運動。宇宙包含了無數個星系，星系包含了無數個恆星系統，恆星系統又包含了無數個類似地球的行星，地球（行星）又包含了無數的汽車、飛機和輪船等"被包圍的空間"——移動的參照系，這是典型的多層次絕對（剛性）參照系空間結構。薩爾維阿蒂大船如果沒有封閉的船艙就不會有"被包圍的空間"，也就沒有供蒼蠅、蝴蝶自由地活動的相對靜止的空間。簡單地說，只要是封閉的空間，無論是第一宇宙速度還是第六宇宙速度都一樣，蒼蠅、蚊子和蝴蝶們在裡面都可以自由地飛翔。
問題來了，300多年前伽利略就回答了這類問題，為什麼現在還有人把這個當成未解之謎呢？
好了，現在的問題是，蚊子們是否違反了相對論？
答案可能會超出人們的想象，不僅蚊子們違反了相對論？地球上所有的物質的運動都違反了相對論！因為不僅飛機在高速飛行，地球的飛行速度更快！地球上所有的物質的運動都沒有受地球運動速度的影響。為什麼說它們都違反了相對論呢？
原因很簡單，相對論建立在"真空中光速不變原理"的基礎上，所有的空間都是空無一物的真空。也就是說，在真空的假設下，飛機的內外和地球表面與宇宙空間都在同一種性質的空間中，沒有內外的分別。還有，相對論之所以稱為相對論，是因為一個物體（參照系）只與另一個物體相互參照做相對運動。也就是說，在飛機機艙內，一隻蚊子只與另一隻蚊子（請注意，不是參照幾隻蚊子）互為參照來確認是否運動，而不是相對於空間（例如空氣或水）運動（絕對運動）。對相對論來說，空間是被忽略的，飛機只是一個質點，沒有內部空間，飛機機艙內部和外部沒有區別，這是問題的關鍵。
問題來了，為什麼飛機機艙內的蚊子可以跟上飛機的速度呢？如果飛機內外空間沒有區別， 那麼，隨著飛機的加速度（非常快），無論蚊子們是懸停在空中還是在自由飛翔，蚊子們都將會撞向飛機後壁。但是，事實上，無論是起飛或是降落，機艙內的蚊子們都可以自由飛翔，而不受飛機運動狀態的影響。
飛機內外的空間是否相同？飛機內部空間是否是一個獨立的空間和獨立的參照系呢？現實很殘酷，用再多的自然現象和常識也無法說服思維僵化的人，科學需要實驗證明，那我們還是用貼近生活的實驗來說明這個問題吧。
假設在勻速前進的火車車廂裡，從車廂的一側A點向另一側唯一打開的小車窗（蘋果可以通過就好）的A1點扔出一隻蘋果。
以A點處觀察，在不同的情況下會得到兩個軌跡：
1．軌跡a，蘋果從A處到飛出車窗處A1處，這段軌跡是直線（忽略垂直方向拋物弧線），即無需考慮提前量。從A1處飛出車窗後會朝火車前進相反方向產生弧線軌跡至A2。
2．軌跡b，蘋果從A點開始就會朝火車前進相反方向運動產生弧線軌跡至B。
形成軌跡a的原因是車廂內的空間和車廂同步運動，也就是說車廂內的空間被運動的車廂曳引作同步運動，車廂內的空間是絕對空間。當運動的蘋果以這個絕對空間為剛性參照系運動，那麼，同伽利略薩爾維阿蒂大船船艙內部拋擲任何物體一樣，不用考慮任何變量，在蘋果飛離車窗之前是在一個獨立空間參照系內部運動。所以，蘋果從A處到飛出車窗處A1處經過車廂內的軌跡是直線（忽略拋物線）。離開車窗後從A1到A2，蘋果就進入另一個更大的參照系，因車廂的運動而產生一個與運動方向相反的弧線運動軌跡。因此，蘋果從拋物點A到車窗處A1處這段空間是車廂曳引同步運動的獨立空間參照系。
軌跡b有2個可能的原因：
1．A點是在車廂頂部；
2．車廂前後沒有廂壁，車廂如同一截前後通風的管道。
這兩種情況都有一個共同點，都沒有被曳引的'被包圍的空間'，車廂內不是一個獨立空間參照系。A點只是一個質點，車廂僅是一個沒有'被包圍的空間'的慣性運動的質點（狹義相對性原理就是這樣的前提條件）。
也許有人說，愛因斯坦認為如果承認"真空光速獨立於參考系"為基本原理，可以建立起一種新的時空觀（相對論時空觀）。相對論的光速不變說的是光，拿蒼蠅、蚊子和蘋果這類低速運動的物體沒有說服力。
好吧，我們就用光來實驗光速是否可以獨立於參考系。
我們知道，在同一空間介質（空氣或水）內光速不變，但是，運動的光源與空間存在相對運動時會產生多普勒效應。即運動的光源的光不會快於這種空間介質內的最大光速或慢於這種空間介質內的光速。我們以此客觀事實為基礎來進行實驗，在運動的車廂外部（車頂）和車廂內部分別設立一個固定光源，如果車廂內外空間沒有區別，那麼，車廂內外的光源都會產生多普勒效應，如果車廂內外並非同一空間參照系，那麼，車廂內外的光源會產生不同的結果。
實驗結果沒有懸念，車廂頂部（外部）的光源會產生多普勒效應，而車廂（封閉的）內部的光源不會產生多普勒效應。實驗證明，封閉的車廂內部空間相對靜止，與光源不存在相對運動。證明車廂內部空間與車廂外部空間並不相同。也就是說，車廂內部空間是一個獨立的參照系。事實上，無論是高鐵還是飛機，每小時1000公里還是每小時100萬公里，只要存在一個密封的空間，無論是蒼蠅、蚊子還是蝴蝶都可以自由飛翔。這並不是什麼新鮮事，早在1632年伽利略就已在《關於托勒密和哥白尼 兩大世界體系的對話》公佈於眾了，這就伽利略變換。應該奇怪的是，為什麼我們現在反而無法解釋這個小兒科的問題了呢？
令人好奇的是，所有聲稱驗證了相對論的證據都不在地球上，誰能用解釋地球上的任何客觀現象呢？例如海市蜃樓、彩虹、幻日和佛光現象。我們知道，物理理論為解釋客觀現象而存在，而不是為了證明一個理論的正確而創建一個符合這個理論的世界。簡單地說，物理理論必須能夠解釋客觀現象，不然，再華麗的理論也沒有存在的價值。
當然，現在沒有人敢說相對論是錯誤的理論，我們只能說，飛機機艙內的蒼蠅和蚊子違反了相對論！地球上所有物質的運動都違反了相對論！