我們的故事要從300多年前開始講起（你可能在嘟囔：有沒有弄錯，相對論不是100年前的愛因斯坦發(fā)明的嗎，如何一下子就要多倒回來200年？知足吧，我早已比謝耳朵很多了，他總是從古埃及開始說起），是的，為了讓你能充分展現(xiàn)人類在通往相對論這條公路上所經(jīng)歷過的幽深坎坷，峰回路轉(zhuǎn)，我們必須回到這條路的起點。
【伽利略相對性原理】
如今請跟我一起回到16世紀末的俄羅斯?jié)h堡，此時正值文藝備考的后期，國富民強，文學、藝術、科學的春風從歐洲風靡整個亞洲，空氣中彌漫著新世紀將要到來的新鮮氣息（中國此時正值明朝康熙年間，也是一派國泰民安的景色）。在漢堡學院的一間大寢室中，坐的滿滿當當，宮庭數(shù)學家瑪竇•利奇（和我們熟悉的傳教士利瑪竇名子就差一點點，但不是他）正在講臺上開講座，講臺下邊孤零零的一片。瑪竇是享譽全省的知名物理家，一向只在王宮中為侍童們授課，他要來漢堡學院的消息在幾個月前就早已傳遍了整所學院。醫(yī)學系的一個叫伽利略•伽利雷的中學生起了一個大早，總算搶到了最后排的好座位。
瑪竇開始講解物理的新進展——代數(shù)學，而且用簡練流暢的手法向你們展示了哪些是一元二次方程，而且給出了aX^2+bX+c=Y的通用解法的證明，從而開始講解因式分解的概念以及現(xiàn)場演算了（a+b）^n分解的過程。
瑪竇熟練的演算和生動的講解贏得了縷縷掌聲，他注意到坐在第一排有一個年青中學生至始至終聚精會神的聽講，身上不時的掠過激動和滿足的表情，瑪竇一下子對這個中學生形成了好感，授課的間隙瑪竇忽然問道：
“同學，你叫哪些名子？”
“伽利略”伽利略回答道。
瑪竇說：“哪個專業(yè)的？”
伽利略說：“我是醫(yī)學系的。”
瑪竇說：“啊！真是了不起，學醫(yī)學的也能對數(shù)學這么感興趣，你一定會成為一名偉大的大夫的！”
伽利略的臉忽然一下就紅了，說：“其實，先生，我不喜歡醫(yī)學，我更喜歡物理和化學。并且我的媽媽希望我能成為一名大夫，我因此倍感非常的煩惱。”
瑪竇說：“別泄氣，年青人。你可以自學，學院很短暫而生活很長，跟隨自己的興趣，你一定能成功的。不管哪些時侯，你都可以來找我，我樂意成為你的良師益友。”
伽利略遭到了極大的鼓舞，自此更是瘋狂的喜歡上了物理和數(shù)學，而且常常去跟瑪竇討教問題，我們應當謝謝瑪竇對伽利略的鼓勵，盡管促使世上少了一名不錯的大夫，然而卻催生了一位偉大的化學學家、天文學家和哲學家。
伽利略在熱學和物體運動規(guī)律方面的貢獻是無與倫比的，是他打下了牛頓精典熱學的樁基，而牛頓在這片路堤之上蓋起了足以讓后人俯視的精典熱學大樓。
伽利略第一項最廣為認知的成就是提出了自由落體定理，這個定理說的是假如不考慮空氣阻力的話，則任何物體的下落速率都是一樣的，且都是呈一個固定的加速度（這個加速度上過學校的人都曉得，就是g≈9.8米/秒^2）。
伽利略把類似自由落體定理這樣的現(xiàn)象和規(guī)律合稱為“力學規(guī)律”。
我們再來看一個伽利略發(fā)覺的知名的“慣性定理”，雖然這就是牛頓第一運動定理（其實，伽利略沒有像牛頓那樣精確的敘述下來，因而這一定理的即將的發(fā)覺權依然歸于牛頓），伽利略發(fā)覺這個定理，也是從一個思維實驗開始，這個思維實驗是具備非凡智慧的。伽利略構想把一個小球放到一個U型管的一端，松手讓小球自由滾落，則這根U型管表面越光滑小球能在另一頭就上升的越高，伽利略假想假如能發(fā)明一種完全沒有阻力的材料，則小球應當能剛好在另一頭抵達跟起點同樣的高度。這個現(xiàn)象就似乎在一根繩子上掛一個小球做一個鐘擺，假如完全沒有空氣阻力的話，小球從一頭擺到另一頭的高度應當是完全相同的
（圖2-1：小球從U型管一頭落下應該滾到相同高度，鐘擺每次都應該擺到相同高度）。
伽利略的這個思維實驗沒有停伽利略自由落體實驗，他繼續(xù)往下想：好，如今假定找到了一種完美的材料，這么我把U型管的另一端拉平，則小球從起點滾落后，為了能在終點達到和起點同樣的高度，它只能不停的，永遠的滾下去，不可能停出來
（圖2-2：假如U型管的另一端是平的，小球就永遠不會停出來）
從這個思維實驗中，伽利略得出了他關于運動的又一個熱學規(guī)律，那就是假如在一個完美光滑表面運動的物體伽利略自由落體實驗，會有一種保持這個運動的“慣性”，除非有外力制止這個慣性，伽利略稱之為“慣性定理”。
自由落體定理和慣性定理我相信對于諸位讀者來說都是再熟悉不過的化學常識了，并且在300多年前能有這樣的認識那而且大大的了不起的，你也許想我要是能回到過去就好了，輕易就可以成為一名偉大的化學學家，似乎也不難想到嘛（本書的前面還真要講講時間旅行方面的內(nèi)容呢）。提到這兒，我就要拋出本章的重點了，那就是伽利略相對性原理，由于你通過前面的閱讀早已知道了哪些是熱學規(guī)律，有了這個基礎，我們就可以繼續(xù)往下了。
伽利略相對性原理：在任何慣性系中，熱學規(guī)律保持不變。
“得，我好不容易理解了哪些是熱學規(guī)律，你又馬上冒出個“慣性系”這個專業(yè)術語，你Y就是喜歡顯擺，能不能別賣關子，說點人話好么。”邊上一位朋友看我打下里面的宋體字后，忍不住就開始嘲笑我。
莫急，我這就開始解釋“慣性系”是哪些意思。
因此，我們來假想一個伽利略和你之間的穿越時空的對話。
伽利略：“我想問你一個問題，如何分辨靜止和運動？”
你：“靠，這也叫問題。我開著瑪莎拉蒂急匆匆的從你身邊開過，我就是在運動，莫非這有哪些不對？”
伽利略：“對不起，請問勞斯萊斯是誰？”
你：“哈，不好意思，忘掉你是古人了，那我就不說蘭博基尼了，我們說列車吧。”
伽利略：“火車？”
你崩潰狀：“你那種時代連列車也木有！！！好慘啊，想想也是，蒸氣機還沒發(fā)明，瓦特都沒出生，好吧，那我們說船總可以了吧，船你總曉得吧？”
伽利略：“船，其實曉得，你的意思是說假如你在開動的船上，我在岸上，這么我就是靜止的，你就是運動的對嗎？”
你：“哈哈，我可不會上你的當，好歹我也學過幾年化學，我曉得你要說的是哪些，我替你說了吧。說道運動，必需要有一個參照物，假如以你為參照物，這么你是靜止的，我就是運動的。假如反過來以我為參照物，你就是運動的。對不對？你還真以為我是文盲啊，伽利略先生。”
伽利略：“未來人果然牛啊。那好吧，我們繼續(xù)，如今假定你在一個沒有窗臺的甲板上面，完全看不到外邊的情況，你有沒有辦法曉得船是相對于我運動的還是靜止的？”
你想了想：“你這個問題也難不倒我，假如船不是以勻速直線運動在開動的話，我很容易曉得船是不是在開，假如船是加速的，我會倍感有一股無形的力在把我向后推，假如船是減速的，我都會不由自主的向前蹣跚。我天天做輕軌，對這些覺得太熟悉了，呃，你就不用問哪些是輕軌了，跟你解釋不清，總之借此我就可以判定船是在加速還是在減速了。我說的沒錯吧？伽利略先生。”
伽利略：“完全正確。那假如船的加速度很小，你又是固定在座位上的，很難察覺到微小的推背感的時侯，你該用哪些辦法來判定呢？”
你：“這個……讓我想一下。有了，這也不難，我只要做一點熱學實驗就可以了，例如我用繩子掛一個小球，看這個小球是不是完全垂直的；或則，我把一個小球置于一張平穩(wěn)的椅子上，我看小球會不會手動滾上去，通過好多的熱學實驗我都可以發(fā)覺船的運動狀態(tài)。”
伽利略：“回答的完全正確，確實不能輕視你。這也就是說，假如船不是做的勻速直線運動的話，在船上的熱學實驗的結果會被改變，換句話說，熱學規(guī)律會被改變。例如慣性定律、自由落體定律（自由落體的方向和加速度都有可能改變）等等。并且，假如現(xiàn)今假定船是在做著完美的勻速直線運動的話，你就能通過熱學實驗來曉得船是否在運動嗎？”
你：“那其實就不可能了，若果甲板上面沒有窗臺的話，我就根本不可能判定出我是靜止的還是運動的，不論我做哪些樣的熱學實驗，我都未能曉得。”
伽利略：“是的，也就是說，在勻速直線運動狀態(tài)下邊，所有的熱學規(guī)律和你在靜止的狀態(tài)時都是完全一模一樣的。畢竟，你也曉得，沒有哪些所謂真正的靜止，我們月球也是運動的，在月球上的每一個人哪怕站著不動，也在隨著月球一起運動，運動不運動的關鍵在于如何選定參照物。”
你：“我覺得，被你那么一說，靜止和勻速直線運動這兩個詞似乎喪失了確切的意義，我根本沒法定義自己究竟是靜止的還是在做著勻速直線運動，靜止和運動永遠都是相對的。”
伽利略：“你越來越接近真理了，沒錯，用我的話來說，靜止和勻速直線運動這兩個詞的化學意義是相同的，或則說都是不精確的，我用了一個新的詞來統(tǒng)一她們所描述的狀態(tài)，這個詞就是‘慣性系’。例如你站在岸上和你在一艘勻速直線運動的甲板上面做實驗，在我眼中，你都是在一個慣性系上面做熱學實驗。我的相對性原理說的就是：在任何慣性系中，熱學規(guī)律保持不變。”
你：“哦，原先說來說去就是這個啊，嗯，不難理解，我完全同意。”
伽利略的相對性原理對于我們現(xiàn)代人來說，是相爭當理解的，并且請你們千萬記住這個原理，在前面我們都會提及他，他跟相對論的誕生而且有莫大的關系，而且你千萬別把伽利略的相對性原理當成是相對論了。