一、爱因斯坦的相对论为什么能成为经典

阿尔伯特·爱因斯坦于1905年的狭义相对论是物理学领域有史以来发表的最重要的论文之一。狭义相对论解释了速度如何影响质量、时间和空间。该理论包括一种用光速来定义能量和物质之间关系的方法——少量的质量(m)可以与大量的能量(E)互换，如经典方程 E= mc^2。

爱因斯坦于 1915年正式将引力添加到他的理论中，发表了他关于广义相对论的论文。当物体接近光速时，物体的质量变得无穷大，移动它所需的能量也变得无穷大。这意味着任何物质都不可能比光速更快。

在相对论出现之前，物理学是怎样的？

在爱因斯坦之前，天文学家（大部分）根据艾萨克·牛顿在 1686年提出的三个运动定律来理解宇宙。这三个定律是：

除非外力发生变化，否则运动或静止的物体将保持相同的状态，也就是惯性。作用在物体上的力等于物体的质量乘以其加速度。对于每一个动作，都有一个相等和相反的反应。

牛顿定律几乎在物理学中的每一个应用中都被证明是有效的。它们构成了我们理解力学和重力的基础。但是有些事情不能用牛顿的工作来解释：例如，光。

1800的时候，为了将光的奇怪行为硬塞进牛顿的物理科学家框架中，科学家认为光必须通过某种介质传输，他们称之为“以太”。那个假设的以太必须足够坚硬才能像吉他弦随着声音振动一样传递光波，但在行星和恒星的运动中也完全无法检测到。

研究人员开始尝试探测神秘的以太，希望能更好地了解它。1887年，天体物理学家 Ethan Siegal在福布斯科学博客Starts With a Bang中写道，物理学家 Albert A. Michelson和化学家 Edward Morley计算了地球在以太中的运动如何影响测量光速的方式，并意外地发现无论地球如何运动，光都是一样的。

他们得出结论，如果尽管地球在以太中运动，光速没有改变，那么从一开始就一定没有以太这样的东西：太空中的光在真空中运动。

这意味着它不能用经典力学来解释，物理学需要一个新的范式。

爱因斯坦是如何提出狭义相对论的？

根据爱因斯坦的说法，在他 1949年出版的《自传笔记》）中，这位崭露头角的物理学家在他 16岁时就开始质疑光的行为。在青少年时期的一次思想实验中，他写道，他想象着追逐一束光。

按照经典物理学，如果加速捕捉光，光波最终会达到相对速度为零——人和光将一起高速移动，他可以看到光是冻结的电磁波场地。但是，爱因斯坦写道，这与另一位科学家詹姆斯克拉克麦克斯韦的工作相矛盾，他的方程要求电磁波在真空中始终以相同的速度移动：每秒 300,000公里。

如果从理论上讲，一个人可以赶上一束光并看到它相对于自己的运动冻结，那么整个物理学是否必须根据一个人的速度和他们的有利位置而改变？相反，爱因斯坦回忆说，他寻求一种统一的理论，使物理规则对每个人、任何地方、任何时候都一样。

这些导致爱因斯坦最终对狭义相对论进行了思考，他将其分解为另一个思想实验：假设一个火车以光速运行，一个人站在火车轨道旁边，将雷暴的观察结果与火车内的人进行比较。

爱因斯坦想象火车在轨道上的一个点平均位于两棵树之间。如果一道闪电同时击中两棵树，轨道旁边的人会看到同时发生的雷击。但是因为他们正朝着一个闪电移动而远离另一个闪电，所以火车上的人会先看到火车前面的闪电，然后看到火车后面的闪电。

爱因斯坦的结论是，同时性不是绝对的，换句话说，一个观察者看到的同时发生的事件可能会在另一个观察者的不同时间发生。他意识到，改变的不是光速，而是时间本身。运动物体的时间与静止物体的时间不同。与此同时，宇宙中任何地方的任何人所观察到的光速，无论运动还是静止，总是相同的。

E= MC^2是什么意思？

人类历史上最著名和最著名的方程之一，E= mc^2，转化为“能量等于质量乘以光速的平方”。换句话说，能量（E）和质量（m）是可以互换的。事实上，它们只是同一事物的不同形式。

但它们并不容易交换。因为光速已经是一个巨大的数字，方程要求它自身乘以（或平方）变得更大，所以少量的质量就包含了大量的能量。例如，PBS Nova解释说，“如果你可以将回形针中的每一个原子都转化为纯能量——不留任何质量——回形针将产生 [等效能量] 18千吨 TNT。这大约是大小1945年摧毁广岛的原子弹。”

时间膨胀

爱因斯坦狭义相对论工作的众多含义之一是时间相对于观察者移动。运动中的物体经历时间膨胀，这意味着当物体运动得非常快时，它经历的时间比静止时慢。

在接近光速的速度下，时间膨胀的影响可能会更加明显。想象一下，一个 15岁的女孩从高中毕业，以 99.5%的光速旅行了五年。当这个 15岁的女孩回到地球时，她在旅行中度过了 5年。然而，她的同学们都已经 65岁了——在这个移动速度慢得多的星球上，50年已经过去了。

我们目前没有技术可以在接近这个速度的任何地方旅行。但以现代技术的精度，时间膨胀确实会影响人体工程学。

GPS设备的工作原理是根据与遥远地球轨道上至少三颗卫星的通信计算位置。这些卫星必须跟踪极其精确的时间才能确定地球上的位置，因此它们基于原子钟工作。但是由于这些原子钟安装在卫星上，它们以 4,000公里/小时的速度不断在太空中呼啸而过，狭义相对论意味着它们每天多走 7微秒，即百万分之 7秒。为了与地球时钟保持同步，GPS卫星上的原子钟每天需要减去 7微秒。

在广义相对论（爱因斯坦对结合引力的狭义相对论的后续）的额外影响下，靠近地球等大引力质量中心的时钟比远离地球的时钟走得更慢。这种效应会在 GPS原子钟上每天增加微秒，因此最终工程师减去 7微秒，然后再增加 45微秒。GPS时钟不会倒计时到第二天，直到它们比地球上的同类时钟运行总共长 38微秒。

狭义相对论和量子力学

狭义相对论和量子力学是关于我们的宇宙如何运作的两个最被广泛接受的模型。但是狭义相对论主要涉及极大的距离、速度和物体，将它们结合在一个“平滑”的宇宙模型中。狭义（和广义）相对论中的事件是连续的和确定性的，科里鲍威尔为卫报写道，这意味着每一个行动都会导致直接、具体和局部的后果。这与量子力学不同，鲍威尔继续说：量子物理学是“笨重的”，发生在跳跃或“量子跳跃”中的事件具有概率结果，而不是确定的结果。

研究人员将狭义相对论和量子力学——光滑的和厚实的，非常大的和非常小的——结合起来，提出了相对论量子力学和最近的量子场论等领域，以更好地理解亚原子粒子及其相互作用。

另一方面，努力将量子力学和广义相对论联系起来的研究人员认为这是物理学中未解决的重大问题之一。几十年来，许多人认为弦理论是研究所有物理学统一理论的最有前途的领域。现在，存在许多其他理论。例如，一个小组提出了时空循环，将微小而厚实的量子世界与广阔的相对论宇宙联系起来。

二、网球拍都是什么材料的

新材料的应用在球拍科技的演变上非常快速，每种材料的特性皆不相同，材料混和比例的不同也会造成球拍的差异！即是如此，一般消费者还是很难从外观上分辨，也很难清楚了解每种材质的好坏与特性！

新材料被用于网球拍上进步很快，但有些却常让人混淆，先让我们回首从前……

从过去到现在

在1960年，木制球拍几乎占了所有的网球拍市场。到了1970年代，金属的球拍取代了多数的木制球拍。今日，是复合材料的天下，如碳纤维、玻璃纤维、克维拉纤维、高张力碳纤维、钛、超刚性碳纤维（Hyper Carbon）等材料单独使用或混合使用。为什么呢？因为这些材料与木或铝比起来更轻、更硬、更耐用，也更能吸收震荡与振动。这些材料同时也让制造厂商在球拍的硬度、球感、击球性能的设计上有更打的伸展空间。

在选购球拍之前，最好先，了解该支球拍是什么材料所做成的，不过也有很多厂商所标示的材料只加入一点点，根本起不了作用。下图可以让您了解各种材质的性能与大约成本。材料科技的演进

木拍→金属拍（铁拍、铝拍）→复合材料（碳纤维、玻璃纤维、克维拉纤维、钛….）

先让我们大致回顾一下羽、网球拍的材料变迁。1960年代，几乎是木制球拍的天下，而网球拍还要在四角用螺钉加固；1970年代，出现了铝、铁等轻金属或合金制成的球拍，代了多数的木质球拍；1980年代以来，经历了玻璃纤维（Fiberglass）、高强度尼龙、碳纤维（Graphite／Carbon）、克维拉纤维（Kevlar，防弹衣材料）、高强度碳纤维／高张力碳纤维（High Modulus Graphite）、高粘性碳料聚合物、钛（Titanium）、超刚性碳纤维等的应用过程，将这些材料单独使用或混合使用。这些材料与木、铝或铁比起来更轻、更硬、更耐用也更能吸收震荡与振动。

近两年以钛金属（Titanium）与非金属高强度材质组成的复合材料再度成为厂商推荐的热门产品。这一系列的变化，使球拍变得更轻、更硬、更耐用，也更能吸收震荡和振动。

现代球拍制造业中已使用了接近于航天工业和军事工业产品的材质。近二十年来，金属材料和化学材料的大幅向前演进为球拍制造奠定了坚实的基础。新材料的应用，使得制造厂商在球拍的硬度、球感、击球性能的设计上有更大的发挥空间。

球拍材料之比较

在选购球拍之前，最好先了解该球拍是什么材料做成的，不过也有很多厂商所表示的材料只加入一点点，根本起不了作用，只达到的噱头和宣传作用！此外，每种纤维的原料品质、成分混合比例、密度强度的差异等都会造成球拍价格与性能上的差异！下表让你了解各种材质的性能与大约成本。（以下数值为相对比较结果）

材料硬度强度消震大约成本（美元／磅）

超刚性碳纤维 10 10 5 65

钛金属（Titanium） 2.5 2.5 3

高张力碳纤维

（High Modulus Graphite） 8 7 4 42

克维拉纤维（Kevlar） 2 10 7 16

碳纤维（Carbon／Graphite） 5 8 4 12

玻璃纤维（Fiberglass） 1 6 4 4

高粘性碳料聚合物 3 8 8 48

铝（Aluminum） 2 4 1 4

木（Wooden） 1 1 10 1

球拍材料特性比较

材质特性

玻璃纤维（Fiberglass）

弹性较好，坚硬度不足。

硼纤维（Boron）原本用于航天工业，非常坚硬，比其它材料更坚硬，但价钱很昂贵，一毫克硼比一毫克黄金还要贵。

克维拉纤维（Kevlar）一种可吸收振荡的材料，原本是用来制造军用头盔及防弹衣的。价格非常贵，所以大部分都要经过复合处理。有些网线也有用上它，在Wilson的Hammer第一代 PROFILE 2.7SI球拍中，就有2%的Kevla材质。

高系数石墨（High Modulus Graphite）非常坚硬，最多及普遍采用的材料。

陶瓷（Ceramic）比石墨质料更坚硬。

聚合碳纤维（Carbon/Visco Polymer）硬度不高，但震荡少。

钛金属（Titanium）近年比较流行的质料，又轻又坚硬，但价钱较昂贵。

以上的材料多以混合形式来制造球拍，藉混合的比例来控制球拍的坚硬度及吸震能力，球拍越坚硬，其挥击力量越强劲；但是相对的吸震能力和回弹性能却越低，即越容易对手腕及手肘造成伤害。所以太坚硬的球拍不适宜初学者、孩童、非力量型选手以及手部有伤患的人士，我们要小心选购适合自己的球拍，以免弄伤自己造成手关节和腰背肌肉受伤。

所以，在选购网拍时，应首先了解所使用的材质和避震性能设计时有无“双重互补”〞系统！初学者和青少年选手更应该选择材质硬度适中且兼有避震性能设计的网拍。如果是避震能力较弱的球拍，也可在拍面下端加装一避震器。

品名石墨／碳纤维

（Graphite／Carbon）陶瓷

（Ceramic）硼

（Boron）玻璃纤维

（Fiberglass）钛合金

（Ti）

硬度较硬非常硬极硬不硬硬

弹性一般差差较好适中

适应于中等力量型强力型技术型全面型全面型

目前市场态势

目前市场上大多数羽、网球拍的材料是以碳纤维为主，或由高系数石墨（High modulus Graphite, HMG）做为辅助材质或主要材质，而内含的少量玻璃纤维则是调整球拍的弹性与软、硬度用的。大多数球拍以碳纤维为网球拍拍身的主要原料，玻璃纤维则是调整球拍弹性软硬度用的，所以不管是名牌球拍或是便宜的球拍，主要原料还都是这两项，但也有一些特殊的球拍例外。其中若玻璃纤维成份愈多球拍就愈〝软〞。不过球拍的弹性及硬度，也可以由拍身宽度、结构排叠〈注〉或其它原料来做调整。不管是名牌还是一般的球拍，主要原料还是这两种，目前各厂商推出的钛金属系列也只是将钛作为辅助剂使用而已。可以说现阶段碳纤维在球拍中正起着骨架作用。从球拍结构上来看，大多数球拍犹如光纤电缆，一般由3－5层不同强度的碳纤维（碳纱）层层包叠而成，再渗夹其它的各种材质以赋予球拍各种特殊的性能。

〈注〉结构排叠

一支拍子在还没成球拍的粗胚或雏型之前，我们称为一张张的碳纤维〝织布（纤维布）〞，以比较大块的织布做为底基，再将各个需要强化的地方粘贴上不同的材质重量或强度的织布，所以才会叫结构排叠。然后再将那个有一点点雏型而软软的球拍（叫做〝长条〞，有点像用黑色水管组成球拍的样子）套上成型模，予以加热到适当温度及时间，让先前组合起来的织布融合在一起，才能以适当的重量制造出足够的强度或弹性的球拍。

近两年，市场上一大热点是大多数厂家推出了各式各样的钛金属球拍。它的优点正如厂商所宣传的：很轻，很坚固，弹性好，因此球拍的威力更强。这是因为钛的分子比其它一些物质较为细小，可以填充球拍内各材质间的空隙，以此增强球拍的牢固性。同样的原理，钛还应用在网球、球拍弦、网球鞋上—钛胶网球、加钛弦线、加钛网球鞋底。

目前使用钛作为主流科技的处理方法常见的有两种：

1.将钛金属制成粉末，浸入各种纤维内获得更优异的性能。但钛粉末究竟是微米级还是奈米级，厂家并未加以说明。

2.使用钛金属网，即将钛金属制成纤维，再混合其它物质编织后，套在球拍上。

总之，只有使钛金属的存在形式位于球拍的内部，与球拍融为一体，钛的特性才会起作用。但市场上有的钛拍给人一种错觉，即将钛金属薄片或经亚光处理的金属薄片加在球拍的外表面上，球拍内部连一点钛的成份都没有。如此“钛拍”就只是一个卖点，一种装饰。作为消费者要防止步入此一误区。

钛拍诞生至今，也引起了一些不同看法。有的专业人士提出了一些疑问。如认为厂商过于夸大钛的作用，制定出过高的价位；球拍的威力不单单取决于原材料，还有拍型、拍线等诸多因素；由于钛的分子量是碳的4倍，加进钛后还要使整支球拍的重量降低，会采用减少层数和玻璃纤维的做法，再将球拍的弹性系数提高，制造出一个钛金属球拍轻的假像等。

林林总总，作为消费者，一味的追求潮流并不见得是最好的。结合自己的特点，全面考虑品牌与价格，权衡一下自己的消费心理和感觉，应该能决定自己需要那一种材料的球拍。选用球拍，除了材料外，还有球拍的重量、拍面大小、形状、平衡点、握把尺寸等，这些都是不可忽视的因素。如果自己无法判断的话，最好想办法请专家帮你选购一支理想的球拍。

知名品牌应用特殊材质的例子

厂牌应用

KENNEX应用超高系数石墨与动力系统科技（动力团位于拍框内，由众多的微粒构成）。

英国FLEX采用高碳纤维钛合金（Titanium Hi-Modulus Graphite）。

WILSON采用超钢性碳纤维、高钢性碳纤维与碳纤维的混合材质，如Hyper Hammer系列。

FISCHER应用航空碳纤维材料及真空成型技术；有的产品应用陶瓷与碳纤维的混合材料。

HEAD采用智能压电纤维，将智能压电纤维融合在球拍颈部，而其Ti-S6，ST则使用钛金属材料。

INTEGRA采用高分子聚合物桥式减震功能设计及MusclelWeave3D空间编织技术。

PRINCE CTS SYNERGY用的是液晶聚酯纤维（Liquid Crystal Polymer，L.C.P）。

BONNY高级碳纤维产品研发、设计、制造

三、光究竟是什么波粒二象性真的难以理解

众所周知，光具有波粒二象性，也就是说，光既是粒子又是波。但在历史上，光的粒子说和波动说曾经长期争执不休。

1637年，笛卡尔在他的《方法论》的附录《折光学》中提出了两个假说：一是光是类似于微粒的一种物质；二是光是一种以以太为媒质的压力。这两个假说实际上就是粒子说和波动说。所以说，笛卡尔是光的波粒二象性理论的鼻祖。

1655年，意大利波仑亚大学的数学教授格里马第首先发现了光的衍射现象，推想光可能是与水波类似的一种流体。格里马第是光的波动学说最早的倡导者。之后，英国科学家波义耳、英国物理学家胡克积极响应。

1660年，法国数学家皮埃尔·伽森荻出版专著，认为光由大量坚硬粒子组成。

1666年，荷兰天文学家、物理学家和数学家惠更斯提出了波动学说比较完整的理论：光是一种机械波，是一种靠物质载体来传播的纵向波，物质载体是“以太”；波面上的各点本身就是引起媒质振动的波源。惠更斯由此证明了光的反射定律和折射定律，解释了光的衍射、双折射现象和著名的“牛顿环”实验。

1672年，英国物理学家牛顿在他的论文《关于光和色的新理论》中用微粒说阐述了光的颜色理论，导致牛顿与胡克之间漫长而激烈的粒子说与波动说的争论。1675年，牛顿认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀媒质中以一定的速度传播。

1704年，牛顿出版《光学》，质疑波动说，推广微粒说。

1882年，德国物理学家施维尔德根据光波学说，对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释。

1887年，英国物理学家麦克尔逊与化学家莫雷以“以太漂流”实验否定了以太的存在。占据优势的波动说面临危机。

1801年，怀疑牛顿光学理论的英国物理学家托马斯·杨进行了著名的杨氏双缝干涉实验。白屏上明暗相间的黑白条纹证明了光的干涉现象，也证明了光是一种波。同年，杨氏在英国皇家学会的《哲学会刊》上发表论文，解释了自己的实验和“牛顿环”实验，提出了光的干涉的概念和光的干涉定律。

1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象，发现了光的偏振现象的经验定律，批驳了惠更斯提出的光是一种纵波的理论，使波动说陷入了困境。

1817年，托马斯·杨放弃了惠更斯的光是一种纵波的说法，提出了光是一种横波的假说，比较成功的解释了光的偏振现象。

1819年，菲涅耳成功的完成了对由两个平面镜所产生的相干光源进行的光的干涉实验，再次证明了光的波动说，并且与阿拉戈一道建立了光波的横向传播理论。

1873年，麦克斯韦出版专著《电磁学通论》，创造性地推导出了全面发映电磁规律的麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在并阐明了它的本质；创立了电磁波的传输模型；提出了光的电磁理论。

1888年，德国物理学家赫兹发现光电效应，再一次证明了光的粒子性。并且用实验证实了电磁波的存在。

1905年3月，阿尔伯特·爱因斯坦在德国《物理年报》上发表了题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文，提出光子假设，认为对于时间的平均值，光表现为波动；对于时间的瞬间值，光表现为粒子性。第一次揭示微观客体波动性和粒子性的统一，即波粒二象性。

1919年，英国科学家爱丁顿的两支考察队，利用日食的机会观测到太阳附近的光的偏折角约为1.7秒，证明了光的粒子说。

1921年，爱因斯坦因为“光的波粒二象性”这一成就而获得了诺贝尔物理学奖。

1921年，康普顿在试验中证明了X射线的粒子性。1927年，杰默尔和后来的乔治·汤姆森在试验中证明了电子束具有波的性质。同时人们也证明了氦原子射线、氢原子和氢分子射线具有波的性质。

至此，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”即光粒子的运动轨迹是呈周期性的波而落下了帷幕。

1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为物质和光一样，都具有波粒二象性，这被后来的电子衍射试验所证实。

1961年，蒂宾根大学的克劳斯·约恩松用电子来进行双缝干涉实验。出人意料的是，在屏幕上出现的并不是两条亮纹，而是多条明暗相间的干涉条纹，证明电子也具有波粒二象性。

1974年，米兰大学的梅里教授用电子发射器重做电子双缝干涉实验，并且在双缝的入口安装了高精度的监视器，可以清晰地看清电子的出入和衍射。

但当一个探测器放在两道平行的狭缝之前以检测电子的行踪时，双缝干涉条纹消失了。

科学家们对此迷惑不解，提出了许多解释。玻尔解释说：“电子又是粒子又是波，但每次我们观察它，它只展现出其中一面，这里的关键是我们‘如何’观察它，而不是它‘究竟’是什么？”有人把探测器比喻为观察者，说观察者影响了粒子的行为。有人说是量子效应。

2015年，瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片，并且认为自然界所有的粒子如光子、电子或是原子都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，它们能够像波一样互相干涉。

“光具有波粒二象性”被大家接受，但光究竟是什么？光子的运动轨迹为什么是波？光可以在真空中传播，传播介质是什么？光是一种横波，为什么会直线传播？光子为什么会分成两半并各自穿过一条缝隙呢？

我离经叛道，做出了一个光的物理模型：光既然是粒子，就一定会旋转；光既然是波，就一定会前进。旋转着前进的物体轨迹应该是一种螺旋：从侧面来看是波，有波长、振幅、频率，一个波长可以看成一个光量子；从前面来看是一个圆，有圆心、半径、角速度。这就充分满足了波粒二象性的条件。

既然光子在做螺旋运动，就一定有一种力在推动。这个力可以是磁力，一种微观上的旋涡力；也可以是暗能量，一种宏观上的旋涡力。旋涡斥力线在短距离上可以认定为直线，所以，光这种横波会以光速直线传播。

光可以在真空中传播，不需要传播介质，也不需要以太。但光遇到介质会产生反射、折射，降低频率，所以，光的强度会衰减。光的质量很小，可以忽略不计，但遇到更强的外力，会偏离原来的行进路线。

其它粒子是这样，宏观物体也是这样。从两极观察地球，地球是个粒子，有圆心、半径、自转角速度、公转速度；从赤道观察地球，地球螺旋前进，有波长、振幅、频率。只是波动性的特征没有粒子性的特征强而已。只是因为我们认为地球是粒子而不认为是波。

至于光子通过双缝产生自干涉，则主要是因为光子是一个旋涡，并不是实体粒子，无所谓分裂不分裂；光的传播是球状的。光可以分成两部分同时通过双缝，再正常不过了。

电子通过单缝，不管磁极朝哪，都产生一条条纹。电子通过双缝，如果磁极朝向前后，会产生两条条纹；否则，就会产生干涉条纹。

在双缝前或后增加一个检测电子的观测器，产生“量子退相干”现象，即干涉条纹消失。这是因为观测器本身发出的力干扰了电子的行进状态，本来磁极没有朝向前后，结果被观测器扭转成朝向前后了。所以，不是观察者的意识决定着电子的行为，而是观察者的行为决定着电子的姿态。“量子退相干”现象是人为干涉造成的，不需要用“量子纠缠”、“互补原理”、“测不准原理”、“主观的介入”来解释，更不是电子与我们躲猫猫。

总之，光是旋转着螺旋前进的粒子，有圆心、半径、自转角速度、公转速度以及波长、振幅、频率。这就是波粒二象性。“量子退相干”现象是人为干涉造成的，不需要故弄玄虚，搬神弄鬼。