在《相对论》中，有两个前提假设，分别为“相对性原理”和“光速不变原理”。《相对论》中的“光速不变”是指，无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察，光在真空中的传播速度都是一个常数，不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。
而《三元平衡定律》中提出的光速不变，则是指光在绝对静止空间中的传播速度，不随光源的运动而发生改变，但会与观察者的运动速度叠加。
相对论中的“光速不变原理”，是否定了“空间绝对参考系”而提出的理论。然而在更早以前，伟大的物理学家牛顿却非常坚信“空间绝对参考系”的存在，而且还给出了相应的实验来证明这个观点。
牛顿用来证明“空间绝对参考系”的实验，就是著名的“水桶实验”。那么“水桶实验”到底能不能证明“空间绝对参考系”呢？如果不能证明的话，那么为什么牛顿却无比坚信的认为可以证明“空间绝对参考系”呢？
其实“水桶实验”背后的科学逻辑，完全可以证明“空间绝对参考系”的存在。之所以有人认为“水桶实验”不能证明“空间绝对参考系”，这是因为这些人根本没有明白“水桶实验”背后的科学逻辑而已。
对“水桶实验”背后的科学逻辑的讲解，我们先将其放到后面，这里我们先来分析一下《相对论》中的“光速不变”。
爱因斯坦认为，光速不会随着光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。也就是说，光的速度不会与观察者的运动速度叠加。
所以我们可以做一个这样的假设，假设有一艘飞行器以0.5倍光速，朝着一个距离1光年远的天体靠近。接着继续假设，当飞行器开动的一瞬间的同时，这个距离1光年远的天体向外发出了一束光。
我们可以根据相应的计算可以知道，相对于旁观者而言，这个飞行器会在2/3年以后飞行1/3光年的距离，接收到天体发出的光。
然而根据《相对论》中的“光速不变”，光速相对于飞行器的速度始终为300000km/s。那么相对于飞行器而言，飞行器原本与天体相距1光年的距离，由于光速不与飞行器的速度叠加，所以要使距离1光年远发出的光与飞行器会和的话，这束光就必须要传播1年的时间。也就是说，相对于飞行器而言，时间由2/3年变成了1年，时间变慢了。
图4-9，飞行器向天体靠近的示意图
我们接着继续假设，如果这个飞行器距离天体1光年，以0.5倍光速背着天体远离的话，又会怎么样呢？
根据相应的计算可以知道，相对于旁观者而言，这个飞行器会在2年以后飞行1光年的距离之后，接收到天体发出的光。
根据《相对论》中的“光速不变”，光速相对于飞行器的速度始终为300000km/s。那么相对于飞行器而言，飞行器原本与天体相距1光年的距离，由于光速不与飞行器的速度叠加，那么要使距离1光年远发出的光与飞行器会和的话，这束光就只需传播1年的时间。也就是说，相对于飞行器而言，时间由2年变成了1年，时间变快了。
图4-10，飞行器远离天体的示意图
如果真如《相对论》中的“光速不会随着光源和观察者所在参考系的相对运动而改变”的话。那么通过这两次假设，利用相应的科学逻辑的分析之后。大家会发现，飞行器运动方向如果是向天体靠近的话，飞行器（运动物体）的时间会变慢。而飞行器运动方向如果是和天体远离的话，飞行器（运动物体）的时间则会变快。
然而似乎这种时间的变慢或者变快，完全取决于光的传递方向和物体运动的方向，光的传递方向和物体运动的方向相反（向着光源方向运动）时则时间变慢，光的传递方向和物体运动的方向相同（向光源相反方向运动）时时间变快。
这其实就是，《相对论》中“光速不变”的悖论。我们再继续进行假设，如果在这个飞行器运动方向的前后各有一个天体，而这两个天体也都同时向飞行器发出一道光。既然“光速不会随着光源和观察者所在参考系的相对运动而改变”的话，那么请问这个飞行器（运动物体）的时间到底会变快还是变慢呢？
按照“光速不会随着光源和观察者所在参考系的相对运动而改变”的理论，这个飞行器（运动的物体）的时间既会变快也会变慢。在这个假设的思想实验中，《相对论》中“光速不变”的悖论，变得更加的一目了然。
然而爱因斯坦通过一系列的等式变换、数学代换、等式推导，最后得出一个完全和科学逻辑相悖的“钟慢尺缩”的理论。虽然爱因斯坦通过等式变换、数学代换、等式推导等手段，得出的理论中只有“运动物体时间会变慢”，并没有“时间变快”的说法。
但是我们利用《相对论》的前提假设“光速不变原理”，通过相应的科学逻辑和思想实验，最终指出了《相对论》中“光速不变原理”前提假设的悖论。
那么到底是我们利用相应的科学逻辑，通过相应的思想实验，得出的结论出了错呢？还是爱因斯坦利用数学逻辑，通过等式变换、数学代换、等式推导等方法，得出了错误的科学结论呢？
要进一步对爱因斯坦利用这些数学手段，通过数学逻辑替代科学逻辑、用数学结论代替科学结论的方法，当中可能存在的各种弊病进行分析的话。则先需要对牛顿“水桶实验”背后的科学逻辑，进行一个比较全面的分析以后，才便于更好的理解当中的弊病。
300多年前牛顿通过一个装满水的水桶，进行了一次影响深远的思想实验。牛顿通过水桶中静止的水与旋转的水的状态差异，得出了“空间绝对参考系”必然存在的科学结论。
关于这个实验的具体过程，这里不做相应的科普，我们只是分析这个实验中被大都数人忽略掉的科学逻辑。
图4-11，水桶中的水静止时与旋转时呈现出的两种不同状态。
水桶中的水，当静止时水面保持平静，当水旋转时，水面则会在离心力的作用下中心凹陷下去。然而物体旋转时产生的离心力，其实是来自于旋转运动产生的惯性力。
也就是说，只有运动的物体才具有惯性力，惯性力其实是维持物体惯性运动的一种“等效作用力”。而一个看起来旋转的物体，是否存在惯性力，就是判断物体相对于静止空间（绝对参考系）是否存在绝对旋转运动的基本特征。也就是说，判断物体是否存在绝对旋转，只需要知道这个物体是否存在相应的惯性力就足够了。
例如我们假设，一个旋转的物体突然发生碎裂，碎裂的残片会朝着这个物体旋转运动的切线方向飞出去。而这个使碎片飞出去的作用力，就是绝对运动而产生的惯性力。
如果这个物体静止时，而周围的一切都开始旋转，人们如果以周围的一切作为参考物的话，则完全不能判断到底是这个物体在旋转，还是作为的周围的参考物在旋转。如果这时这个物体突然发生碎裂的话，碎裂的碎片则不会向四周飞出去。这是由于这时的物体只有相对的旋转运动，而不存在绝对的旋转运动，所以不存在绝对旋转产生的惯性力。
也就是说，物体的惯性力来自于物体的绝对运动，而物体是否存在绝对运动，则决定着物体是否存在惯性力的根本原因。那么当一个运动的物体运动，突然间撞向一个静止的物体。而两个物体之间的撞击力，其实就是来自绝对运动物体的惯性力。
但是由于我们并不能确定宇宙中的“绝对参考系”，所以我们无从知道，这两个物体中到底是谁在做绝对运动，还是两个都在做绝对运动。
但是如果，一个匀速直线运动的物体突然旋转了起来。那么这个旋转运动，其实就是对这个物体额外施加的一个运动。也就是说，这个物体的旋转是一种绝对旋转运动（可以通过是否存在旋转惯性力来判断），那么这个物体中的某一个部位的绝对运动的轨迹就会发生变化，而物体这一部位整体的惯性力（合力）始终与运动方向（运动轨迹）相同。
由于匀速直线运动物体的惯性力与运动方向相同，所以我们很难通过判断这个物体是否存在惯性力，而去判断这个物体是否存在绝对运动，也更加难以判断是否存在“空间绝对参考系”。
但是如果加上一个旋转的话，情况则会完全不同。因为人们很容易判断一个看上去在旋转的物体是否存在旋转惯性力，当知道了这个物体存在旋转惯性力，就可以知道这个物体存在绝对旋转。宇宙中一旦存在绝对旋转，那么就必然存在“绝对参考系”。这其实就是牛顿“水桶实验”中的科学逻辑。
除了可以通过判断一个物体是否存在旋转的惯性力，来判断这个物体是否存在绝对旋转之外，其实还有一种判断物体是否存在绝对旋转的更简单的方法。
我们假设，两个静止站立的人（处于同一地面参考系）相互注视着对方，如过突然一个或两个都自身开始绝对旋转的话，在旁观者看来会什么样呢？
如果只是其中一个人在旋转的话，那么旁观者就会立马看出这个人在旋转。如果两个人都在旋转的话，无论是同方向旋转还是反方向旋转，旁观者（包括任意一个旋转者在内）一眼也能看出这两个人在旋转。
也就是说，当一个物体与观察者处于同一参考系中（例如，站在地面参考系上，观察地面上的某个旋转物体），这个物体只要存在以自身为中心的旋转，就必然是绝对旋转。
“相对旋转”其实只存在于人们的认知当中，“相对旋转”并非真正的旋转，而是某种特殊情况下形成的局限认知（“相对时空观”同样如此）。例如，周围物体围绕着某个静止的物体旋转，处于局中（与周围物体同步围绕着中心静止物体运动）的观察者看上去，这个物体就好像是在以自身为中心旋转一样。但是观察者如果处于局外的话，则立马就可以分辨出物体是否真的在旋转。
所以说，人们在日常生活中看到的“以自身为中心的旋转”，几乎都是绝对旋转。然而只有绝对参考系的存在，物体才会存在绝对旋转。反过来通过物体的绝对旋转，也可以证明绝对参考系的存在。
从这个“水桶实验”试验中，我们可以看出的是，牛顿研究自然科学的主要方法是通过严谨的科学逻辑和科学实验（包括思想实验），而不是利用数学逻辑和数学手段替代科学逻辑和科学实验，将科学研究完全变成数学等式推导的数学游戏。
在《相对论》中，有一个关于时间变慢的“光子钟实验”。光子钟就是通过记数一个光子在两个镜面间往返的次数，来测量时间流逝的一种时钟。
这个实验是通过将两个计时同步的光子钟，分别放置在静止的地面和高速运动的宇宙飞船里，经过一段时间之后，对比二者的计时是否依然同步。
图4-12，分别放置在宇宙飞船和地面上的两个光子钟。
我们在讲解“三元平衡定律”的过程中，我们推导出“光速不会与光源的速度叠加，但会与观察者的速度叠加”的结论。然而在这个试验中，反射光子的两个镜面其实就是最直接的“观察者”。也就是说，在光子钟的内部，光速其实会与光子钟的速度叠加。
由于在宇宙飞船上的光子钟本身也在高速运动，所以在这个光子钟内部的光子，事实上会随着光子钟的运动，而出现光子在往返间实际光程增加的现象。只不过这种实际光程增加的现象，由于“光速不变”的前提假设，所以对光子钟内部的两个镜面而言，仿佛是时间变慢了而已。
最后的结果就是，具有高速运动的光子钟的计时变慢了。光子钟的计时变慢，其实仅仅是因为内部光子的实际光程增加，而导致光子每一次的撞击间隔的时间增加而已。
也就是说，光子钟的这种计时变慢，并不是物体运动的速度导致的时间变慢，而是运动会导致光子钟的计时出现变慢的现象。也就是说，仅仅只是光子钟变慢了而已，事实上真实的时间完全没有任何的变化。
如果非要以光子钟的计时变慢了，就认为时间也会跟着变慢的话。这就好比，一个人因为家里的时钟坏了，就说家里的时间是静止的，一样的道理。
讲到这里，我们再来看看爱因斯坦关于时间变慢的公式。这个公式是爱因斯坦使用勾股定理，通过
我们只需反向推导回去，其实就可以知道，在这个公式中导致光子钟计时慢的原因，就是光子钟的运动而导致光子实际光程增加。也就是说，爱因斯坦的这个公式，事实上违背了《相对论》“光速不变”（光速不与物体的运动速度叠加）的前提假设。而这个公式本身，其实也仅仅只能用于计算运动导致光子钟计时变慢的问题。
在之前的内容中，其实我们已经很详细的探讨过了惯性的本质，以及如何通过测量光速与地球的绝对运动叠加的速度，来测量“绝对参考系”的方法。然而为什么说，宇宙中必然存在“空间绝对参考系”呢，这其实是由空间的本质决定了的。
无论是“空间”还是“时间”，其实都存在两种截然不同的状态。一种是物理的本真状态，在这里我们称之为“物理空间”和“物理时间”。另一种这是人们对空间和时间的认知状态，这是一种意识认知层面的时空，这里称之为“时间意识”和“空间意识”。
意识层面的时空与物理层面的时空，从某种角度来说，二者其实是一种“相反”的状态，但是这种“相反”又不是一般意义上的相反。“物理时空”是绝对的、连续的、且真实存在的状态，而人们“时空意识”则是相对的、不连续的、而不真实存在的状态。
“物理时空”是时空的本真状态，“时空意识”则是人们对“物理时空”的认知状态。而每个人的认知之间，往往会存在这某种认知的局限性。但遗憾的是，人们经常将意识认知中的“时空意识”和本真的“物理时空”混淆在一起。
例如，自然科学是一种尽一切科学手段探索“宇宙本真状态”的学问，而数学则是意识认知层面的一种学科。追求“宇宙本真状态”的学问，需要的是严谨的科学逻辑，而不是意识认知层面的数学逻辑。
每一种思想诞生的背后，往往都有一套严谨而自洽的理论逻辑。尽管这些理论逻辑无论有多么的严谨，但是却并不一定完全适用于追求“宇宙本真状态”的自然科学上。而科学逻辑，则是紧跟物理运行法则的一种思维方式。
所以说，通过等式变换、数学代换、等式推导等方法，利用数学逻辑替代科学逻辑、用数学结论代替科学结论的方法，必然不可避免的会出现一些匪夷所思的错误结论。
例如，1/3=0.33333……，2/3=0.6666……，3/3=0.9999……，然而3/3=1，如果我们按照数学逻辑进行等式代换的话，就会得出0.9999……=1的结论。
但是如果继续按照数学逻辑推导的话，0.99999……^∞=0，但是1^∞却等于1，即1^∞=1。然而上面的我们通过数学逻辑，进行的等式代换，得出是0.9999……=1的结论。那么再将0.99999……^∞=0和1^∞=1以及0.9999……=1进行等式代换的话，就会得出0=1的结果。
然而这个利用数学逻辑通过等式代换的方式得出的结果，不仅仅是一个数学悖论，更是一个违背基本科学逻辑的错误结论。
对科学而言，数学其实仅仅是一种认知事物的方法。就像是一个真实存在的人，旁观者会通过这个人的身高、胖瘦、性别等信息判断，产生一定的基本认知。而数学就相当于，对这个人的某个信息进行具体的量化处理（例如，这个人的身高为170cm）和相应的计算。自然科学就相当于这个真实存在人的本体。旁观者对这个人无论有多么全面的认知，也不能和这个人的本体划上等号。
用数学逻辑等式变换和科学逻辑、科学实验划上等号，其实就是用意识认知去代替物理本质的一种行为。对科学而言，数学仅仅是一种可以用来辅助研究科学的工具。这就好比，使用一把尺子（数学）去测量一个物体（科学）的长度。正确测量的关键在于，先找到这个物体的两端，然后在找准尺子上的刻度来进行准确的测量。
所以说，我们在利用数学这个工具的时候，等式变换、数学代换、等式推导时需要一定的慎重，能避免的时候则应该尽量避免。因为一旦进行这些操作之后，就很可能会失去原有的物理意义，甚至可能出现逻辑悖论，最后得出一个让人匪夷所思的结论。
注：这里为了表达“物理时空”（绝对时空）的性质，专门创造了一个词语“本真态”。顾名思义“本真态”的意思，就是真实本质的状态。
与“本真态”相对应的是“非本真态”，意识认知层面的东西就是一种“非本真态”。所以说自然科学是一门研究宇宙“本真态”的学科，而哲学、数学则是一种意识认知层面的“非本真态”学科。
一件具体的事物，就是“本真态”，而旁观者对这件事物的所有认知，都是意识认知层面的“非本真态”。人们常说，“事物的真相只有一个，每个人的认知则可能千差万别”。所以说，“本真态”与“非本真态”二者之间，虽然有一种很难分割的联系，但却绝对不能将其划上等号。
“物理空间”（绝对空间）和“物理时间”（绝对时间）就是时间和空间的“本真态”，人们的“空间意识”和“时间意识”则是时间和空间的“非本真态”。
文献：
［1］《三元平衡定律》
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