“狭义等效原理”适用于惯性系，应用的时空背景是平直的四维时空；“广义等效原理”适用于包括惯性系在内的一切参考系，应用的时空背景是曲面的黎曼时空。爱因斯坦的“狭义等效原理”和伽利略、牛顿发现的等效原理存在一个根本区别：伽利略和牛顿认为力学规律在所有的惯性系中形式相同、或呈等效关系；爱因斯坦认为包括力学规律在内的一切物理学规律在所有的惯性系中形式相同、或呈等效关系，他的“狭义等效原理”扩大了惯性系中物理学规律的应用范围。爱因斯坦的“广义等效原理”和之前给定的“狭义等效原理”存在一个根本区别：他在狭义相对性原理中认为所有的物理学规律在惯性中形式相同、或呈等效关系，而在广义相对性原理中则认为一切物理学规律在包括了惯性系和非惯性系的所有参考系中形式相同、或呈等效关系。物理学概念的“等效原理”不是爱因斯坦发现的，伽利略在自由落体运动，牛顿在单摆实验中已经发现了惯性力等效于引力的“等效原理”，非常遗憾的是牛顿没有将等效原理上升到和牛顿三大力学定律、万有定律“平起平坐”的地位，错失了发现牛顿“第四个力学定律”、或“牛顿等效原理”的机会。青年爱因斯坦在传承中创新，在创新中传承，以独特而神奇的方式将伽利略和牛顿的等效原理先是扩展到“狭义等效原理”，后是提升到“广义等效原理”的高度。他在狭义等效原理中将力学规律在惯性系中的应用扩展到一切物理规律，而在广义等效原理中将惯性系拓宽到一切参考系。我们可以将爱因斯坦发现的相对性原理看成是“第四力学定律”，可以理解为“广义等效原理”。本作者尝试将爱因斯坦的狭义相对性原理、广义相对性原理和等效原理概括为一个综合性的“广义等效原理”，这种“三合一”的设想不失为一种高度抽象的阐释，也是对爱因斯坦发表广义相对论一百周年的一种纪念。
科学和哲学概念的等效原理不同，伽利略、牛顿和爱因斯坦从科学概念上解释和定义了等效原理，宇宙哲学概念的“等效原理”是本作者提出的，本作者发现在宇宙和粒子物理学中存在诸多的等效现象，比如：物质和暗物质的引力效应完全相同，天文学家看不见暗物质，却发现了暗物质的引力作用，离开了“暗引力”的作用，天文学家无法解释星系结构的稳定运行。科学概念的“强等效原理”在哲学概念上只是“弱等效原理”；科学概念的“弱等效原理”在哲学概念上可能是“强等效原理”。从宇宙哲学的概念出发，本作者甚至认为一切科学概念的等效原理都是“弱等效原理”。比如：惯性力等效于引力，惯性质量等价于引力质量。伽利略做的自由落体和在光滑斜坡上滚动小球的实验和牛顿做的单摆实验部分地证明了惯性力和引力的等效关系，惯性力和引力因此被认为是科学概念的“强等效原理”，然而，从“解释学”的宇宙哲学出发，它们之间属于“弱等效关系”。两者的物理概念不同，引力或是物质的基本属性，或是时空弯曲的“附加属性”，如果物质和物质之间有引力，可以认为物质是引力的本源，就像物质在绝对零度以上能够发出电磁辐射一样，物质也能发出引力作用；如果物质和时空的相互作用产生了引力，那么可以认为时空是是引力的本源。引力作用是我们理解宇宙结构形成和演变的关键因素之一，离开了引力和“暗引力”的作用，天体和大尺度宇宙结构不能形成，生命不可能在宜居的行星上出现。惯性力甚至比引力更为神秘，我们现在认为惯性是物体的一种固有属性，就像引力在牛顿力学中是物体的固有属性一样，物体或者静止、或者匀速运动，物体在不受外力作用下保持静止、或匀速运动的状态，这种保持不变性的能力就是惯性。惯性在静止、匀速和加速状态下的表现不同，在静止和匀速运动中的惯性表现为保持这种状态的能力，而在加速状态下的惯性表现为抵抗加速运动的能力。惯性质量通过牛顿第二定律来定义，而引力质量通过牛顿的万有定律来定义，两个概念的定义完全不同。
既然惯性和惯性质量，引力和引力质量的概念和定义不同，当伽利略、牛顿和爱因斯坦应用它们之间的等效原理时，即使是它们的质量等价，力的作用等效，符合科学概念的“强等效原理”，从宇宙哲学概念来分析，它们之间仍然是“弱等效原理”。除了惯性力和引力、或者惯性质量和引力质量之外，我们可以举出很多类似的例子，比如：暗物质引力和物质引力符合科学概念的“强等效原理”，从宇宙哲学上来理解，则属于“弱等效原理”，因为物质和暗物质属于两种不同性质的物质，如果暗物质只是一种非常暗的普通物质，那么暗物质和物质没有本质的区别，暗物质只是发出了极其微弱的光；如果暗物质是一种不同类型的物质，存在特殊的暗物质粒子，那么暗物质和物质有本质的区别，就像惯性质量和引力质量有本质的差别一样，我们只能说暗物质和物质的引力具有等效性，不能说暗物质和物质本身具有等同性。又比如：引力和电磁力似乎具有某种形式的一致性，就像惯性力和引力具有某种形式的一致性一样，质量大的物体，惯性力和引力也大；质量小的物体，惯性力和引力也小。之所以说引力和电磁力具有某种形式的一致性，是因为两种力的数学表达式有惊人的相似性，都符合平方反比定律，距离大，引力和电磁力则小；距离小，引力和电磁力则大，尽管爱因斯坦和其后的科学家还没有从科学上证明引力和电磁力的等效性，本作者还是给出了一种哲学解释：引力和电磁力之间符合某种“弱等效原理”。宇宙哲学概念的等效性指的是不同物体、不同力的作用产生了相似、或相同的效果，而不是指不同物体、不同力之间的等同性。既然引力和惯性力不同，引力和电磁力、暗物质引力和物质引力不同等等，因此，任何科学概念的等效原理在宇宙和物理哲学的概念上都属于“弱等效原理”。
为了说明科学和哲学概念的“等效原理”有什么不同，我们可以举出更多的例子，比如：“狭义等效原理”属于科学概念的“弱等效原理”，而“广义等效原理”属于科学概念的“强等效原理”。一切物理定律在均匀引力场和加速的参考系中保持不变，具有数学形式上的一致性，或者说均匀引力场和一个加速的参考系具有“弱等效关系”；在一个非均匀引力场中的每一个时空点，总可以找到一个局部的均匀引力场，可以用一个加速运动的参考系来替代这个局部均匀的引力场，从而排除这项引力因素，或者说局部的均匀引力场和一个加速的参考系具有“强等效关系”，一切物理规律在局部的均匀引力场和在一个加速的参考系中都保持不变。从爱因斯坦定义的“弱等效原理”和“强等效原理”来看，均匀引力场和一个加速的参考系符合相对弱的等效性；而非均匀的局部引力场和一个加速的参考系符合相对强的等效性。哲学思维不仅强调形式的一致性，更看重内容的同一性，在“狭义等效性”的情形中，一个均匀的引力场与一个加速的参考系有本质的不同；在“广义等效性”的情形中，一个非均匀的引力场与一个加速的参考系同样有本质的差异，因此，狭义的、或弱的，广义的、或强的等效原理在哲学的概念上都属于“弱等效原理”。为了说明科学和哲学概念的“等效原理”有什么不同，我们可以列举“通俗易懂”的例子，比如：搭乘6个人的太空舱和搭乘6个人的水上快艇从容量上看都能乘坐6位乘客，两种运载工具的搭乘量是等效的，但是，太空舱毕竟不是快艇，搭乘太空舱的运送属于太空旅游，归为“奢侈经济学”，而搭乘快艇的运送属于水上旅行，归为“大众经济学”，至于“奢侈消费”是不是一定带来幸福的感受，“大众消费”是不是一定带来忧愁的心情，这是心理学和社会学讨论的热门话题。本作者发现：追逐科学和艺术思想的发现往往比“一门心思”地追逐财富和权利更能使人感受幸福的时光！
2017-1-18
(what's the difference between Philosophical and scientific concept of “equivalence principle” ?)
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