相对性原理：在时空学中，哪些概念是参照系中不变量的观点称为“相对性原理”。

前面已经说明，由不同的参照系考量得到的物理量都是相对的，即同一事物，如果用不同的参照系考量，观察到的物理现象可能不同。相对性原理说明有哪些概念是参照系的不变量，即说明哪些概念与参照系无关，或者是说明哪些概念与观察者具体的时空位置和运动状态无关。一句话，说明哪些概念与时空无关。相对性原理的理论意义说明哪些概念是时间和空间的不变量，即宇宙或自然界中的不变量。相对性原理的本质是在逻辑上将人类的科学实践经验变成了科学。虽然相对性原理是物理学首先提出的概念，但是就性质而言，相对性原理是属于时空学的范畴，而非物理学的课题。

早在1589年，伽利略就提出了相对性原理。对于做相互匀速直线运动的任意两参照系K和K′来说，无论在哪个参照系中观察，物理学规律完全相同。后人将其称作伽利略相对性原理。伽利略相对性原理说明物理学规律是匀速直线运动的不变量，或者说是惯性参照系的不变量。伽利略总结上述原理的基础可以从下面一段话中得到启示。他写道：

当你乘坐匀速运动的轮船时，你在船仓内向船头方向跳一段距离所花费的力气，并不比你向船尾方向跳过相同距离所花费的力气更大；当一物品从你手中脱落，将竖直落到甲板上，而不发生偏斜……

牛顿把他的相对性原理表述为“包含在一个给定空间里的物体，不管那个空间处于静止状态或者沿一直线做匀速运动，这些物体的运动总是一样的”。

显然，牛顿相对性原理也可等效表述为“在所有惯性参照系中，物体的运动规律都相同”。即运动规律是惯性参照系的不变量。伽利略相对性原理和牛顿相对性原理的内涵是一致的。

由于在当时尚不存在电磁学，因此，人们把伽利略相对性原理局限于力学体系。直到1904年，庞加莱(J.H.Poincare)在一次科学报告会上提出，相对性原理应该对整个物理学都有效。

由于伽利略变换中的方程是一次式，可以证明，通过伽利略变换，在所有惯性参照系中的物理学公式都有相同的形式和内容，说明伽利略、牛顿的相对性原理在形式上是很完美的。

后来，爱因斯坦认为伽利略变换与麦克斯韦方程组“不相容”：按照伽利略变换，如果光速在某惯性参照系中为c，则在另一惯性参照系中应为c+v；而实验与麦克斯韦方程组说明光速在所有惯性参照系中不变。因此，伽利略、牛顿相对性原理与伽利略变换一起被狭义相对性原理否定。

爱因斯坦把他的狭义相对性原理表述为“物理定律在所有惯性系中是相同的，不存在一种特殊的惯性系”。

狭义相对性原理和伽利略相对性原理的内容相同。只是，伽利略相对性原理的基础是伽利略变换，而狭义相对性原理的基础是洛伦兹变换。

爱因斯坦认为每一个普遍的自然界定律必须是这样建立，若我们引用新的坐标系K′的时空变量x′、y′、z′、t′来代替原来的坐标系K的时空变量x、y、z、t，则经过变换以后该定律仍将取与原来完全相同的形式。这里不带撇的量和带撇的量之间的关系就由洛伦兹变换公式来确定。或简言之，普遍的自然界定律对于洛伦兹变换是协变的。本书附论了《洛伦兹变换不成立》，在此恕不赘述。

爱因斯坦针对狭义相对论不适用引力场空间，提出了广义相对论原理——“所有的高斯坐标系对于表述普遍的自然界定律在本质上是等效的”。(www.daowen.com)

“我们还可以用另一种形式来陈述这个广义相对性原理，用这种形式比用狭义相对性原理的自然推广形式更加明白易懂。按照狭义相对论，当我们应用洛伦兹变换以一个新的参考物体K′的时空变量x′、y′、z′、t′代换一个参考物体K的时空变量x、t、z、t时，表述普遍的自然界定律的方程经变换后仍取同样的形式。另一方面，按照广义相对论，对高斯变量x1、x2、x3、x4应用任意代换，这些方程经变换后仍取同样的形式：因为每一种变换(不仅仅是洛伦兹变换)都相当于从一个高斯坐标系过渡到另一个高斯坐标系。”“广义相对性原理”不成立，理由如下。

1.“广义相对性原理”不符合设立原理的条件

在物理学中，“原理”是从实践中总结出来、在理论上不能证明的，并且实践检验总是正确的重大物理学命题。只有符合这三个条件的物理学命题才可以设立为“原理”，如果不符合就只能作为“假设”。“广义相对性原理”对设立“原理”的三个条件一个也不满足，当然不成立。

2.“普遍的自然界定律”的概念是什么，这个概念是怎样来的

宇宙中不存在“普遍的自然现象”，因此也不存在“普遍的自然界定律”。一是不同类型空间的物理现象并不完全相同，甚至彼此没有。例如，有的晶体有“双折射”现象，沙漠和海面也常出现海市蜃楼现象，这都是介质空间特有的现象。在引力场空间不可能发生这两种现象。二是不同学科的自然现象也不相同。例如化学反应、生物的生理反应等，都是化学、生理学科独有的自然现象。

3.不能任意用代换将物理定律从一个高斯坐标系过渡到另一个高斯坐标系

一是因为广义相对论是引力场空间的理论，其数学语言是黎曼几何。黎曼几何只能描述引力场空间，不能描述欧氏空间，更不能描述介质空间，这三类空间的性质是完全不同的。这好比黎曼几何不能代替欧氏几何和罗巴切夫斯基几何一样。二是因为不同类型空间和不同学科的自然现象不同，许多自然科学命题涉及的概念物理学根本没有。广义相对论怎么可以用任意代换将其从一个高斯坐标系过渡到另一个高斯坐标系?三是因为即使高斯坐标系能以相同形式表述不同空间的“普遍的自然界定律”，但是根据上述分析说明，这样得到的所谓“普遍的自然界定律”，即使形式相同其内容也是不同的。例如直线方程，即使引力场空间和欧氏空间的直线方程有相同的形式，其内容也不同，两者的轨迹不重合。非欧几何的产生本身就说明黎曼几何不能描述欧氏平面(空间)，欧氏几何不能描述黎曼平面(空间)。因此，这样的形式相同而内容不同的“普遍的自然界定律”完全是文字游戏，有什么实际意义呢?四是，所有的坐标系都仅是四维时空坐标系，只能描述四维时空，只能表征方程形式的“自然定律”，而自然科学中方程形式的“自然定律”实在不多。

4.广义相对性原理逻辑上是错误的

广义相对论用引力场等效加速运动，用引力场空间等效欧氏空间，逻辑上就是将简单变复杂、容易变困难、熟悉变陌生、明晰变模糊，一言以蔽之，用特殊的代替一般，并且这一代替是单向的、不可逆的。因此广义相对性原理逻辑上是错误的。

广义相对论问世近一个世纪以来，爱因斯坦和其他相对论者，至今也没有用高斯坐标系以相同形式表述一个不同空间，甚至不同学科的“普遍的自然界定律”，以宣示“广义相对性原理”是正确的。

因此“广义相对性原理”不成立。