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开普勒定律的优势在于它对当时所有已知行星都适用，即使开普勒提出定律的时候，人们还不知道它的物理基础是什么。
但仅从表面来看，它们与观测数据非常吻合。
牛顿知道开普勒定律，他在《原理》中解释了如何从万有引力定律推导出开普勒定律。
这个推导是物理学历史上最伟大的成就之一。
从先进的观测数据中推导出的经验定律首次被简单的数学公式证明了。
牛顿告诉人们，描述从地球表面发射的炮弹的运动规律同样可以用来描述行星。
我们今天熟知的很多物理学理论就是从这里开始的。
爱因斯坦的引力理论
牛顿理论发表两百年后，爱因斯坦的理论取代了它。
如果说牛顿的理论简单而实用，那么爱因斯坦的理论就是优美且真正普适。
爱因斯坦不只是改变了牛顿理论方程的形式，还直接颠覆了牛顿理论的根基——爱因斯坦改变了一切。
和很多物理理论发展的过程一样，爱因斯坦理论最初是为了解决一些已有的理论之间的不一致。
牛顿提出了关于引力和运动的理论，但它和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（JamesClerkMaxwell）在19世纪中期提出的关于光的理论不相容。
麦克斯韦的光理论指出：宇宙中任何人测量到的光速都是一致的，并且这速度是一个略小于30万千米每秒的数字。
乍一听似乎没什么关系，若是仔细想想，就能发现其中存在着问题。
根据牛顿的理论，如果我坐在一辆以每小时100英里的速度运动的火车上，用每小时1000英里的速度发射一颗子弹，那么轨道附近的观察者将看到子弹以每小时1100英里的速度飞行。
从数学的角度看，子弹速度和火车速度线性叠加了。
现在，假设我们仍然坐在这辆火车上，点亮一把手电筒，那么在火车上的我看来，手电筒发出的光穿过车厢的速度就是光速（也就是30万千米秒）。
再来考虑轨道附近的观察者。
按照牛顿理论，这个人看到的光的速度应该是30万千米秒加上100英里小时（火车的速度）。
但根据麦克斯韦的理论，结果却并非如此，麦克斯韦理论认为轨道旁边的人测量的光速和火车里的人测量的光速相等，也就是说，速度并不是线性叠加的。
上述矛盾意义深远。
如果我们在速度如何叠加上意见不一致，那么我们根本就不能用物理学来计算物体的运动。
牛顿和麦克斯韦的理论不可能都正确，至少有一个是错的。
有少数科学家试图改写牛顿或者麦克斯韦的理论，但爱因斯坦没有这样做——他尽可能地谨慎处理这两个理论。
爱因斯坦认识到，两个理论各自有其巨大优势，他用一种天才的手法化解了两者之间的矛盾。
爱因斯坦假设：如果光速恒定定不变，那么时间和空间将不再是一个普遍的概念。
正相反——他论证道——每个观察者对于时间和空间的概念都不同。
根据爱因斯坦的新理论，在轨道附近的观察者眼中，坐在火车上的人手里的时钟比他自己手里的时钟走的要慢一些。
与此相似，在火车上的人眼中，轨道附近观察者手里的时钟也比自己手里的要慢。
一开始，这个结论听上去相当奇怪，因为我们从很小的时候就已经被“时间是普遍的”
这种想法“洗脑”
了。
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