“狹義等效原理”適用于慣性系，應用的時空背景是平直的四維時空；“廣義等效原理”適用于包括慣性系在內的一切參考系，應用的時空背景是曲面的黎曼時空。愛因斯坦的“狹義等效原理”和伽利略、牛頓發(fā)現的等效原理存在一個根本區(qū)別：伽利略和牛頓認為力學規(guī)律在所有的慣性系中形式相同、或呈等效關系；愛因斯坦認為包括力學規(guī)律在內的一切物理學規(guī)律在所有的慣性系中形式相同、或呈等效關系，他的“狹義等效原理”擴大了慣性系中物理學規(guī)律的應用范圍。愛因斯坦的“廣義等效原理”和之前給定的“狹義等效原理”存在一個根本區(qū)別：他在狹義相對性原理中認為所有的物理學規(guī)律在慣性中形式相同、或呈等效關系，而在廣義相對性原理中則認為一切物理學規(guī)律在包括了慣性系和非慣性系的所有參考系中形式相同、或呈等效關系。物理學概念的“等效原理”不是愛因斯坦發(fā)現的，伽利略在自由落體運動，牛頓在單擺實驗中已經發(fā)現了慣性力等效于引力的“等效原理”，非常遺憾的是牛頓沒有將等效原理上升到和牛頓三大力學定律、萬有定律“平起平坐”的地位，錯失了發(fā)現牛頓“第四個力學定律”、或“牛頓等效原理”的機會。青年愛因斯坦在傳承中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中傳承，以獨特而神奇的方式將伽利略和牛頓的等效原理先是擴展到“狹義等效原理”，后是提升到“廣義等效原理”的高度。他在狹義等效原理中將力學規(guī)律在慣性系中的應用擴展到一切物理規(guī)律，而在廣義等效原理中將慣性系拓寬到一切參考系。我們可以將愛因斯坦發(fā)現的相對性原理看成是“第四力學定律”，可以理解為“廣義等效原理”。本作者嘗試將愛因斯坦的狹義相對性原理、廣義相對性原理和等效原理概括為一個綜合性的“廣義等效原理”，這種“三合一”的設想不失為一種高度抽象的闡釋，也是對愛因斯坦發(fā)表廣義相對論一百周年的一種紀念。

科學和哲學概念的等效原理不同，伽利略、牛頓和愛因斯坦從科學概念上解釋和定義了等效原理，宇宙哲學概念的“等效原理”是本作者提出的，本作者發(fā)現在宇宙和粒子物理學中存在諸多的等效現象，比如：物質和暗物質的引力效應完全相同，天文學家看不見暗物質，卻發(fā)現了暗物質的引力作用，離開了“暗引力”的作用，天文學家無法解釋星系結構的穩(wěn)定運行?？茖W概念的“強等效原理”在哲學概念上只是“弱等效原理”；科學概念的“弱等效原理”在哲學概念上可能是“強等效原理”。從宇宙哲學的概念出發(fā)，本作者甚至認為一切科學概念的等效原理都是“弱等效原理”。比如：慣性力等效于引力，慣性質量等價于引力質量。伽利略做的自由落體和在光滑斜坡上滾動小球的實驗和牛頓做的單擺實驗部分地證明了慣性力和引力的等效關系，慣性力和引力因此被認為是科學概念的“強等效原理”，然而，從“解釋學”的宇宙哲學出發(fā)，它們之間屬于“弱等效關系”。兩者的物理概念不同，引力或是物質的基本屬性，或是時空彎曲的“附加屬性”，如果物質和物質之間有引力，可以認為物質是引力的本源，就像物質在絕對零度以上能夠發(fā)出電磁輻射一樣，物質也能發(fā)出引力作用；如果物質和時空的相互作用產生了引力，那么可以認為時空是是引力的本源。引力作用是我們理解宇宙結構形成和演變的關鍵因素之一，離開了引力和“暗引力”的作用，天體和大尺度宇宙結構不能形成，生命不可能在宜居的行星上出現。慣性力甚至比引力更為神秘，我們現在認為慣性是物體的一種固有屬性，就像引力在牛頓力學中是物體的固有屬性一樣，物體或者靜止、或者勻速運動，物體在不受外力作用下保持靜止、或勻速運動的狀態(tài)，這種保持不變性的能力就是慣性。慣性在靜止、勻速和加速狀態(tài)下的表現不同，在靜止和勻速運動中的慣性表現為保持這種狀態(tài)的能力，而在加速狀態(tài)下的慣性表現為抵抗加速運動的能力。慣性質量通過牛頓第二定律來定義，而引力質量通過牛頓的萬有定律來定義，兩個概念的定義完全不同。

既然慣性和慣性質量，引力和引力質量的概念和定義不同，當伽利略、牛頓和愛因斯坦應用它們之間的等效原理時，即使是它們的質量等價，力的作用等效，符合科學概念的“強等效原理”，從宇宙哲學概念來分析，它們之間仍然是“弱等效原理”。除了慣性力和引力、或者慣性質量和引力質量之外，我們可以舉出很多類似的例子，比如：暗物質引力和物質引力符合科學概念的“強等效原理”，從宇宙哲學上來理解，則屬于“弱等效原理”，因為物質和暗物質屬于兩種不同性質的物質，如果暗物質只是一種非常暗的普通物質，那么暗物質和物質沒有本質的區(qū)別，暗物質只是發(fā)出了極其微弱的光；如果暗物質是一種不同類型的物質，存在特殊的暗物質粒子，那么暗物質和物質有本質的區(qū)別，就像慣性質量和引力質量有本質的差別一樣，我們只能說暗物質和物質的引力具有等效性，不能說暗物質和物質本身具有等同性。又比如：引力和電磁力似乎具有某種形式的一致性，就像慣性力和引力具有某種形式的一致性一樣，質量大的物體，慣性力和引力也大；質量小的物體，慣性力和引力也小。之所以說引力和電磁力具有某種形式的一致性，是因為兩種力的數學表達式有驚人的相似性，都符合平方反比定律，距離大，引力和電磁力則小；距離小，引力和電磁力則大，盡管愛因斯坦和其后的科學家還沒有從科學上證明引力和電磁力的等效性，本作者還是給出了一種哲學解釋：引力和電磁力之間符合某種“弱等效原理”。宇宙哲學概念的等效性指的是不同物體、不同力的作用產生了相似、或相同的效果，而不是指不同物體、不同力之間的等同性。既然引力和慣性力不同，引力和電磁力、暗物質引力和物質引力不同等等，因此，任何科學概念的等效原理在宇宙和物理哲學的概念上都屬于“弱等效原理”。

為了說明科學和哲學概念的“等效原理”有什么不同，我們可以舉出更多的例子，比如：“狹義等效原理”屬于科學概念的“弱等效原理”，而“廣義等效原理”屬于科學概念的“強等效原理”。一切物理定律在均勻引力場和加速的參考系中保持不變，具有數學形式上的一致性，或者說均勻引力場和一個加速的參考系具有“弱等效關系”；在一個非均勻引力場中的每一個時空點，總可以找到一個局部的均勻引力場，可以用一個加速運動的參考系來替代這個局部均勻的引力場，從而排除這項引力因素，或者說局部的均勻引力場和一個加速的參考系具有“強等效關系”，一切物理規(guī)律在局部的均勻引力場和在一個加速的參考系中都保持不變。從愛因斯坦定義的“弱等效原理”和“強等效原理”來看，均勻引力場和一個加速的參考系符合相對弱的等效性；而非均勻的局部引力場和一個加速的參考系符合相對強的等效性。哲學思維不僅強調形式的一致性，更看重內容的同一性，在“狹義等效性”的情形中，一個均勻的引力場與一個加速的參考系有本質的不同；在“廣義等效性”的情形中，一個非均勻的引力場與一個加速的參考系同樣有本質的差異，因此，狹義的、或弱的，廣義的、或強的等效原理在哲學的概念上都屬于“弱等效原理”。為了說明科學和哲學概念的“等效原理”有什么不同，我們可以列舉“通俗易懂”的例子，比如：搭乘6個人的太空艙和搭乘6個人的水上快艇從容量上看都能乘坐6位乘客，兩種運載工具的搭乘量是等效的，但是，太空艙畢竟不是快艇，搭乘太空艙的運送屬于太空旅游，歸為“奢侈經濟學”，而搭乘快艇的運送屬于水上旅行，歸為“大眾經濟學”，至于“奢侈消費”是不是一定帶來幸福的感受，“大眾消費”是不是一定帶來憂愁的心情，這是心理學和社會學討論的熱門話題。本作者發(fā)現：追逐科學和藝術思想的發(fā)現往往比“一門心思”地追逐財富和權利更能使人感受幸福的時光！

2017-1-18

(what's the difference between Philosophical and scientific concept of “equivalence principle” ?)