由光速不變?cè)碚撟C愛因斯坦狹義相對(duì)論中的特殊洛侖茲變換——對(duì)愛因斯坦論證的探討 【刊名】 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 編輯部郵箱 1982年 00期 【作者】 房思廷 【中英文摘要】 我們于一九八一年十二月收到這篇只用光速不變?cè)韥碇苯诱撟C《洛倉(cāng)茲變換》的文章.在組織審議中發(fā)現(xiàn)《ThePhys,Teach,》Vol20(1982)No1,P42發(fā)表的文章也有類似的論證,應(yīng)該說雙方都是獨(dú)立的見解.文中提出的論據(jù),目前尚有爭(zhēng)論,本著百家爭(zhēng)鳴的方針,予以發(fā)表,希望展開討論. 以上全部為文獻(xiàn)，pdf格式 發(fā)電子郵件到51_lunwen@163.com索取。 請(qǐng)注明“愛因斯坦相對(duì)論”資料索取 希望對(duì)你有用。

愛因斯坦因他的光子理論而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。其實(shí)愛因斯坦對(duì)相對(duì)論的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)為重要，但是諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)對(duì)激進(jìn)的相對(duì)論持謹(jǐn)慎的態(tài)度。事實(shí)上迄今諾貝爾獎(jiǎng)從未為理論相對(duì)論家頒發(fā)過。引導(dǎo)愛因斯坦以及后代科學(xué)家生涯的最大動(dòng)機(jī)，不是財(cái)富，不是名聲，也不是別的更高尚的目標(biāo)。他們的主要?jiǎng)訖C(jī)是科學(xué)的好奇心和科學(xué)的美學(xué)。 愛因斯坦是歷史上繼牛頓之后最偉大的科學(xué)家。他是狹義相對(duì)論的重要發(fā)現(xiàn)者，他對(duì)量子理論的創(chuàng)立具有重大的貢獻(xiàn)，而廣義相對(duì)論，亦即現(xiàn)代引力論的建立，則應(yīng)全部歸功于他。 十九世紀(jì)末期，麥克斯韋成功地把電學(xué)和磁學(xué)統(tǒng)一在他的電磁理論中，從他的方程推導(dǎo)出，電磁波在真空中傳播的速度剛好是光速，于是他斷定光波應(yīng)是電磁波的一種。麥克斯韋因?yàn)榧易暹z傳的疾病，只活了四十八歲，因此沒有看到電磁波實(shí)驗(yàn)的成功。在牛頓的絕對(duì)空間、絕對(duì)時(shí)間以及伽利略的舊的相對(duì)性原理框架中，只有以無限速度運(yùn)動(dòng)的物體，在相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中才具有相同的速度，即無限速度。而牛頓的萬(wàn)有引力認(rèn)為是以無限速度傳遞的，所以在麥克斯韋之前，牛頓物理學(xué)被認(rèn)為是自洽的，而電磁波是以有限速度傳播的，在舊的相對(duì)論框架中，它的速度會(huì)因坐標(biāo)系的選取而改變，這樣他的方程只能在一個(gè)特定的坐標(biāo)系中成立，這個(gè)坐標(biāo)系被認(rèn)為是相對(duì)于一種稱為以太的媒介靜止。于是尋求以太的存在便成為科學(xué)的主題。邁克爾遜 —— 莫雷實(shí)驗(yàn)的結(jié)果否認(rèn)了以太的存在。愛因斯坦在 1905 年發(fā)表了一篇題為 “ 運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué) ” 的論文，指出如果將時(shí)間和空間組成四維的時(shí)空，而在參考系進(jìn)行相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，時(shí)空坐標(biāo)遵照所謂的洛倫茲線性變換，則一切物理定律包括麥克斯韋方程都應(yīng)采取相同的形式。這樣一來，以太的存在便完全是多余的。愛因斯坦在發(fā) 表狹義相對(duì)論之前是否知悉邁克爾 —— 莫雷的實(shí)驗(yàn)仍是科學(xué)史上的一個(gè)懸案。 這篇論文拋棄了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，導(dǎo)致物理學(xué)上的一場(chǎng)革命。由洛倫茲變換導(dǎo)出的尺縮、鐘慢以及雙生子佯謬都和人們的直覺相抵觸。而著名的質(zhì)能等效公式則是核能乃至核武器的理論根據(jù)。 1900 年普朗克為了解決黑體輻射的紫外災(zāi)難問題，提出了輻射的量子理論，即是光輻射必須采取一種稱作量子的波包形式。但是只有在愛因斯坦提出光子理論之后，人們才真正接受光可以粒子即光子的形式存在。普朗克曾經(jīng)是愛因斯坦關(guān)于狹義相對(duì)論第一篇論文的審稿人。既然光波可以作為粒子而存在，那么電子等物質(zhì)粒子能否以波動(dòng)而存在呢？這是法國(guó)的一名研究生德 · 布羅依的設(shè)想，愛因斯坦得知后立即支持這一激進(jìn)的假說。這些都是量子理論發(fā)現(xiàn)的前奏。愛因斯坦因他的光子理論而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。其實(shí)愛因斯坦對(duì)相對(duì)論的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)為重要，但是諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)對(duì)激進(jìn)的相對(duì)論持謹(jǐn)慎的態(tài)度。事實(shí)上迄今諾貝爾獎(jiǎng)從未為理論相對(duì)論家頒發(fā)過。終其一生，愛因斯坦從未接受量子理論為終極理論，他認(rèn)為量子力學(xué)只是一種唯象理論，而終極理論必須是決定性的。我們知道，就現(xiàn)狀而言，量子力學(xué)并不自洽。它仍然在忍受著愛因斯坦 —— 羅遜 —— 帕多爾斯基佯謬的折磨。近年的一些研究似乎在一定程度上解脫了薛定諤貓佯謬對(duì)它的折磨。 狄拉克把狹義相對(duì)論和量子力學(xué)相結(jié)合，得到了極富成果的量子場(chǎng)論。量子場(chǎng)論是描述一切微觀粒子的理論框架。從狄拉克方程可以場(chǎng)論。量子場(chǎng)論是描述一切微觀粒子的理論框架。從狄拉克方程可以推導(dǎo)出反粒子的概念。量子電動(dòng)力學(xué)可能描述電子、光子、正電子的 湮滅、創(chuàng)生和相互轉(zhuǎn)變。人們由此進(jìn)而發(fā)展出當(dāng)代粒子物理學(xué)。 愛因斯坦說過，如果他不發(fā)表狹義相對(duì)論，則在五年之內(nèi)必有他人發(fā)表。其實(shí)當(dāng)時(shí)洛倫茲和彭加萊已經(jīng)非常接近這個(gè)結(jié)果了?？上鍌惼潫o法掙脫舊的時(shí)空觀，而彭加萊又主要是一位杰出的數(shù)學(xué)家，因此只有眼光敏銳、思維深邃的愛因斯坦擔(dān)任這項(xiàng)歷史任務(wù)。值得提到 的是，當(dāng)時(shí)洛倫茲已是世界聞名的物理學(xué)家，彭加萊是法國(guó)首位數(shù)學(xué)家，而愛因斯坦大學(xué)畢業(yè)后，連中學(xué)教員的職務(wù)都找不到，借助朋友介紹才在伯爾尼專利局任一名職員。 他接著說，如果他不在 1915 年發(fā)表廣義相對(duì)論，則人們至少得等待五十年。這個(gè)估計(jì)是非常合情理的。廣義相對(duì)論是狹義相對(duì)論和引力論相結(jié)合的成果。它的一個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)是伽利略在比薩斜塔進(jìn)行的自由落體實(shí)驗(yàn)，即引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量的等效性。但是為了充分闡釋其物理含義，人們等待了三百年之久，也就是等待到廣義相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)。所以若不是愛因斯坦，再等待五十年是很有可能的。我們?cè)跒g覽愛因斯坦文集第六卷時(shí)，就可以看到他所進(jìn)行的多次不成功嘗試，這是人類理智的蹣跚學(xué)步。他認(rèn)為引力場(chǎng)和其他物質(zhì)場(chǎng)不同，它是以時(shí)空的曲率來體現(xiàn)的，物質(zhì)使時(shí)空彎曲，而時(shí)空又是物質(zhì)的載體，脫離物質(zhì)的時(shí)空曲率即是引力波。所謂廣義相對(duì)論原理即是，物理定律對(duì)任何坐標(biāo)變換都采用相同的形式，而狹義相對(duì)論原理是，物理定律只對(duì)任坐標(biāo)變換都采用相同的形式，而狹義相對(duì)論原理是，物理定律只對(duì)任何洛倫茲線性變換都采取相同的形式。引力場(chǎng)由所謂的愛因斯坦方程所制約。它是非線性的，有別于以往所有的場(chǎng)方程。所以物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方程被愛因斯坦方程所隱含。引力場(chǎng)方程是二階的，以時(shí)空為自變量，以度規(guī)為因變量的帶有橢圓型約束的雙曲型偏微分方程。其復(fù)雜而美妙對(duì)任何曾與之打交道的人都留下深刻的印象。 在廣義相對(duì)論的框架內(nèi)，愛因斯坦進(jìn)行了引力紅移、水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)以及光線受引力場(chǎng)折射等計(jì)算。而他關(guān)于光線在太陽(yáng)引力場(chǎng)附近受到折射的預(yù)言在 1919 年西非日食的觀測(cè)中得到證實(shí)。他的方程如此難解，以至于他在這些計(jì)算中，使用的只是一個(gè)近似解，所依賴的主要是他的無比的物理洞察力。而球面對(duì)稱的準(zhǔn)確解 —— 史瓦茲解是在此之后才找到的。 他首次用引力場(chǎng)方程來研究宇宙的整體，開創(chuàng)了理論宇宙學(xué)的新學(xué)科?？上в捎诜€(wěn)態(tài)宇宙的觀念是如此根深蒂固，使他拒絕了演化宇宙的解，他還為此在場(chǎng)方程中引進(jìn)一項(xiàng)宇宙常數(shù)，從而人類失去了一項(xiàng)重大的科學(xué)預(yù)言機(jī)遇！ 1929 年哈勃觀察到星系光譜紅移和距離的線性關(guān)系，即所謂哈勃定律。人們把紅移歸結(jié)于宇宙的膨脹，并斷言宇宙是由于一百多億年前的一次大爆炸產(chǎn)生的，這就是所謂的標(biāo)準(zhǔn)的大爆炸宇宙學(xué)。 他的場(chǎng)方程還得出緊致物體的引力坍縮的解，即史瓦茲解及其推廣，這就是描述黑洞的解。但是愛因斯坦認(rèn)為物質(zhì)不可能如此緊致，并著文認(rèn)為這是荒謬的。但是歷史證明，黑洞是天體物理中最重要的物體，近年天文觀測(cè)，使人們普遍認(rèn)為在星系中心存在巨大質(zhì)量的黑洞。事實(shí)上，宇宙本身和黑洞正是理論物理學(xué)最美妙的研究對(duì)象。如果撇開宇宙和黑洞，則物理學(xué)的光彩將會(huì)大為遜色！ 愛因斯坦在布朗運(yùn)動(dòng)、作為激光機(jī)制的基礎(chǔ)的輻射理論、玻色 —— 愛因斯坦統(tǒng)計(jì)及其凝聚現(xiàn)象都有關(guān)鍵性貢獻(xiàn)。他和玻爾有關(guān)量子力學(xué)的論爭(zhēng)是科學(xué)史上曠日持久的影響深遠(yuǎn)的事件。他堅(jiān)信自然界中的一切相互作用都可統(tǒng)一成一種作用。統(tǒng)一場(chǎng)論是科學(xué)皇冠上的鉆石！當(dāng)代的超對(duì)稱、超引力、超弦理論都是統(tǒng)一場(chǎng)論路途上的種種嘗試。 相對(duì)論在近四十年來有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，尤其經(jīng)典相對(duì)論已成為成熟的學(xué)科。相對(duì)論在近世的進(jìn)步，主要?dú)w功于彭羅斯和霍金。彭羅斯利用全局分析以及拓?fù)涔ぞ撸x予高深的相對(duì)論計(jì)算以鮮明的物理意義，以他命名的彭羅斯圖對(duì)于時(shí)空猶如費(fèi)因曼圖對(duì)于粒子物理那樣重要?；艚鸷团砹_斯一道證明了奇勝定理。他單獨(dú)證明了黑洞面積定理以及黑洞視界面積代表黑洞的熵。他的黑洞蒸發(fā)理論把量子場(chǎng)論、廣義相對(duì)論以及統(tǒng)計(jì)物理統(tǒng)一起來，其理論的瑰麗，猶如一道佛光，令人目眩神搖。而他的量子宇宙學(xué)的無邊界假說，是研究宇宙創(chuàng)生的科學(xué)理論。 利用全局分析以及拓?fù)涔ぞ?，賦予高深的相對(duì)論計(jì)算以鮮明的物理意。 筆者認(rèn)為，引導(dǎo)愛因斯坦以及后代科學(xué)家生涯的最大動(dòng)機(jī)，不是財(cái)富，不是名聲，也不是別的更高尚的目標(biāo)（尤其是財(cái)富和名聲可以憑借其他更快捷的手段獲取）。他們的主要?jiǎng)訖C(jī)是科學(xué)的好奇心和科學(xué)的美學(xué)。我們可以在歷史中找到許多例子，有多少人恰恰是為了科學(xué)犧牲世俗中的健康、財(cái)富和名聲。但是普天之下人們所擁有的一切除了科學(xué)發(fā)現(xiàn)和藝術(shù)創(chuàng)造的喜悅之外都是可能被剝奪的。人類對(duì)好奇和美的不懈追求將把人類帶向更美妙的未來！ 寫于愛因斯坦一百二十周年生日前夕 -- 這一次我執(zhí)著面對(duì) 任性地沉醉 我并不在乎 這是錯(cuò)還是對(duì) 就算是深陷 我不顧一切 就算是執(zhí)迷 我也執(zhí)迷不悔

狹義相對(duì)論的創(chuàng)立早在16歲時(shí)，愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進(jìn)的電磁波，他產(chǎn)生了一個(gè)想法，如果一個(gè)人以光的速度運(yùn)動(dòng)，他將看到一幅什么樣的世界景象呢？他將看不到前進(jìn)的光，只能看到在空間里振蕩著卻停滯不前的電磁場(chǎng)。這種事可能發(fā)生嗎？與此相聯(lián)系，他非常想探討與光波有關(guān)的所謂以太的問題。以太這個(gè)名詞源于希臘，用以代表組成天上物體的基本元素。17世紀(jì)，笛卡爾首次將它引入科學(xué)，作為傳播光的媒質(zhì)。其后，惠更斯進(jìn)一步發(fā)展了以太學(xué)說，認(rèn)為荷載光波的媒介物是以太，它應(yīng)該充滿包括真空在內(nèi)的全部空間，并能滲透到通常的物質(zhì)中。與惠更斯的看法不同，牛頓提出了光的微粒說。牛頓認(rèn)為，發(fā)光體發(fā)射出的是以直線運(yùn)動(dòng)的微粒粒子流，粒子流沖擊視網(wǎng)膜就引起視覺。18世紀(jì)牛頓的微粒說占了上風(fēng)，然而到了19世紀(jì)，卻是波動(dòng)說占了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，以太的學(xué)說也因此大大發(fā)展。當(dāng)時(shí)的看法是，波的傳播要依賴于媒質(zhì)，因?yàn)楣饪梢栽谡婵罩袀鞑?，傳播光波的媒質(zhì)是充滿整個(gè)空間的以太，也叫光以太。與此同時(shí)，電磁學(xué)得到了蓬勃發(fā)展，經(jīng)過麥克斯韋、赫茲等人的努力，形成了成熟的電磁現(xiàn)象的動(dòng)力學(xué)理論——電動(dòng)力學(xué)，并從理論與實(shí)踐上將光和電磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來，認(rèn)為光就是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，從而將光的波動(dòng)理論與電磁理論統(tǒng)一起來。以太不僅是光波的載體，也成了電磁場(chǎng)的載體。直到19世紀(jì)末，人們企圖尋找以太，然而從未在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以太。但是，電動(dòng)力學(xué)遇到了一個(gè)重大的問題，就是與牛頓力學(xué)所遵從的相對(duì)性原理不一致。關(guān)于相對(duì)性原理的思想，早在伽利略和牛頓時(shí)期就已經(jīng)有了。電磁學(xué)的發(fā)展最初也是納入牛頓力學(xué)的框架，但在解釋運(yùn)動(dòng)物體的電磁過程時(shí)卻遇到了困難。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個(gè)恒量，然而按照牛頓力學(xué)的速度加法原理，不同慣性系的光速不同，這就出現(xiàn)了一個(gè)問題：適用于力學(xué)的相對(duì)性原理是否適用于電磁學(xué)？例如，有兩輛汽車，一輛向你駛近，一輛駛離。你看到前一輛車的燈光向你靠近，后一輛車的燈光遠(yuǎn)離。按照麥克斯韋的理論，這兩種光的速度相同，汽車的速度在其中不起作用。但根據(jù)伽利略理論，這兩項(xiàng)的測(cè)量結(jié)果不同。向你駛來的車將發(fā)出的光加速，即前車的光速=光速+車速；而駛離車的光速較慢，因?yàn)楹筌嚨墓馑?光速-車速。麥克斯韋與伽利略關(guān)于速度的說法明顯相悖。我們?nèi)绾谓鉀Q這一分歧呢？19世紀(jì)理論物理學(xué)達(dá)到了巔峰狀態(tài)，但其中也隱含著巨大的危機(jī)。海王星的發(fā)現(xiàn)顯示出牛頓力學(xué)無比強(qiáng)大的理論威力，電磁學(xué)與力學(xué)的統(tǒng)一使物理學(xué)顯示出一種形式上的完整，并被譽(yù)為“一座莊嚴(yán)雄偉的建筑體系和動(dòng)人心弦的美麗的廟堂”。在人們的心目中，古典物理學(xué)已經(jīng)達(dá)到了近乎完美的程度。德國(guó)著名的物理學(xué)家普朗克年輕時(shí)曾向他的老師表示要獻(xiàn)身于理論物理學(xué)，老師勸他說：“年輕人，物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的科學(xué)，不會(huì)再有多大的發(fā)展了，將一生獻(xiàn)給這門學(xué)科，太可惜了。”愛因斯坦似乎就是那個(gè)將構(gòu)建嶄新的物理學(xué)大廈的人。在伯爾尼專利局的日子里，愛因斯坦廣泛關(guān)注物理學(xué)界的前沿動(dòng)態(tài)，在許多問題上深入思考，并形成了自己獨(dú)特的見解。在十年的探索過程中，愛因斯坦認(rèn)真研究了麥克斯韋電磁理論，特別是經(jīng)過赫茲和洛倫茲發(fā)展和闡述的電動(dòng)力學(xué)。愛因斯坦堅(jiān)信電磁理論是完全正確的，但是有一個(gè)問題使他不安，這就是絕對(duì)參照系以太的存在。他閱讀了許多著作發(fā)現(xiàn)，所有人試圖證明以太存在的試驗(yàn)都是失敗的。經(jīng)過研究愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，除了作為絕對(duì)參照系和電磁場(chǎng)的荷載物外，以太在洛倫茲理論中已經(jīng)沒有實(shí)際意義。于是他想到：以及絕對(duì)參照系是必要的嗎？電磁場(chǎng)一定要有荷載物嗎？愛因斯坦喜歡閱讀哲學(xué)著作，并從哲學(xué)中吸收思想營(yíng)養(yǎng)，他相信世界的統(tǒng)一性和邏輯的一致性。相對(duì)性原理已經(jīng)在力學(xué)中被廣泛證明，但在電動(dòng)力學(xué)中卻無法成立，對(duì)于物理學(xué)這兩個(gè)理論體系在邏輯上的不一致，愛因斯坦提出了懷疑。他認(rèn)為，相對(duì)論原理應(yīng)該普遍成立，因此電磁理論對(duì)于各個(gè)慣性系應(yīng)該具有同樣的形式，但在這里出現(xiàn)了光速的問題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對(duì)性原理是否普遍成立的首要問題。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對(duì)參照系，這是受到牛頓的絕對(duì)空間概念的影響。19世紀(jì)末，馬赫在所著的《發(fā)展中的力學(xué)》中，批判了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀，這給愛因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，愛因斯坦與一個(gè)朋友貝索討論這個(gè)已探索了十年的問題，貝索按照馬赫主義的觀點(diǎn)闡述了自己的看法，兩人討論了很久。突然，愛因斯坦領(lǐng)悟到了什么，回到家經(jīng)過反復(fù)思考，終于想明白了問題。第二天，他又來到貝索家，說：謝謝你，我的問題解決了。原來愛因斯坦想清楚了一件事：時(shí)間沒有絕對(duì)的定義，時(shí)間與光信號(hào)的速度有一種不可分割的聯(lián)系。他找到了開鎖的鑰匙，經(jīng)過五個(gè)星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對(duì)論呈現(xiàn)在人們面前。1905年6月30日，德國(guó)《物理學(xué)年鑒》接受了愛因斯坦的論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，在同年9月的該刊上發(fā)表。這篇論文是關(guān)于狹義相對(duì)論的第一篇文章，它包含了狹義相對(duì)論的基本思想和基本內(nèi)容。狹義相對(duì)論所根據(jù)的是兩條原理：相對(duì)性原理和光速不變?cè)?。愛因斯坦解決問題的出發(fā)點(diǎn)，是他堅(jiān)信相對(duì)性原理。伽利略最早闡明過相對(duì)性原理的思想，但他沒有對(duì)時(shí)間和空間給出過明確的定義。牛頓建立力學(xué)體系時(shí)也講了相對(duì)性思想，但又定義了絕對(duì)空間、絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)問題上他是矛盾的。而愛因斯坦大大發(fā)展了相對(duì)性原理，在他看來，根本不存在絕對(duì)靜止的空間，同樣不存在絕對(duì)同一的時(shí)間，所有時(shí)間和空間都是和運(yùn)動(dòng)的物體聯(lián)系在一起的。對(duì)于任何一個(gè)參照系和坐標(biāo)系，都只有屬于這個(gè)參照系和坐標(biāo)系的空間和時(shí)間。對(duì)于一切慣性系，運(yùn)用該參照系的空間和時(shí)間所表達(dá)的物理規(guī)律，它們的形式都是相同的，這就是相對(duì)性原理，嚴(yán)格地說是狹義的相對(duì)性原理。在這篇文章中，愛因斯坦沒有多討論將光速不變作為基本原理的根據(jù)，他提出光速不變是一個(gè)大膽的假設(shè)，是從電磁理論和相對(duì)性原理的要求而提出來的。這篇文章是愛因斯坦多年來思考以太與電動(dòng)力學(xué)問題的結(jié)果，他從同時(shí)的相對(duì)性這一點(diǎn)作為突破口，建立了全新的時(shí)間和空間理論，并在新的時(shí)空理論基礎(chǔ)上給動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。什么是同時(shí)性的相對(duì)性？不同地方的兩個(gè)事件我們何以知道它是同時(shí)發(fā)生的呢？一般來說，我們會(huì)通過信號(hào)來確認(rèn)。為了得知異地事件的同時(shí)性我們就得知道信號(hào)的傳遞速度，但如何沒出這一速度呢？我們必須測(cè)出兩地的空間距離以及信號(hào)傳遞所需的時(shí)間，空間距離的測(cè)量很簡(jiǎn)單，麻煩在于測(cè)量時(shí)間，我們必須假定兩地各有一只已經(jīng)對(duì)好了的鐘，從兩個(gè)鐘的讀數(shù)可以知道信號(hào)傳播的時(shí)間。但我們?nèi)绾沃喇惖氐溺妼?duì)好了呢？答案是還需要一種信號(hào)。這個(gè)信號(hào)能否將鐘對(duì)好？如果按照先前的思路，它又需要一種新信號(hào)，這樣無窮后退，異地的同時(shí)性實(shí)際上無法確認(rèn)。不過有一點(diǎn)是明確的，同時(shí)性必與一種信號(hào)相聯(lián)系，否則我們說這兩件事同時(shí)發(fā)生是沒有意義的。光信號(hào)可能是用來對(duì)時(shí)鐘最合適的信號(hào)，但光速不是無限大，這樣就產(chǎn)生一個(gè)新奇的結(jié)論，對(duì)于靜止的觀察者同時(shí)的兩件事，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的觀察者就不是同時(shí)的。我們?cè)O(shè)想一個(gè)高速運(yùn)行的列車，它的速度接近光速。列車通過站臺(tái)時(shí)，甲站在站臺(tái)上，有兩道閃電在甲眼前閃過，一道在火車前端，一道在后端，并在火車兩端及平臺(tái)的相應(yīng)部位留下痕跡，通過測(cè)量，甲與列車兩端的間距相等，得出的結(jié)論是，甲是同時(shí)看到兩道閃電的。因此對(duì)甲來說，收到的兩個(gè)光信號(hào)在同一時(shí)間間隔內(nèi)傳播同樣的距離，并同時(shí)到達(dá)他所在位置，這兩起事件必然在同一時(shí)間發(fā)生，它們是同時(shí)的。但對(duì)于在列車內(nèi)部正中央的乙，情況則不同，因?yàn)橐遗c高速運(yùn)行的列車一同運(yùn)動(dòng)，因此他會(huì)先截取向著他傳播的前端信號(hào)，然后收到從后端傳來的光信號(hào)。對(duì)乙來說，這兩起事件是不同時(shí)的。也就是說，同時(shí)性不是絕對(duì)的，而取決于觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這一結(jié)論否定了牛頓力學(xué)中引以為基礎(chǔ)的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間框架。相對(duì)論認(rèn)為，光速在所有慣性參考系中不變，它是物體運(yùn)動(dòng)的最大速度。由于相對(duì)論效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度會(huì)變短，運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間膨脹。但由于日常生活中所遇到的問題，運(yùn)動(dòng)速度都是很低的（與光速相比），看不出相對(duì)論效應(yīng)。愛因斯坦在時(shí)空觀的徹底變革的基礎(chǔ)上建立了相對(duì)論力學(xué)，指出質(zhì)量隨著速度的增加而增加，當(dāng)速度接近光速時(shí)，質(zhì)量趨于無窮大。他并且給出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2，質(zhì)能關(guān)系式對(duì)后來發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導(dǎo)作用。廣義相對(duì)論的建立1905年，愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于狹義相對(duì)論的第一篇文章后，并沒有立即引起很大的反響。但是德國(guó)物理學(xué)的權(quán)威人士普朗克注意到了他的文章，認(rèn)為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推動(dòng)，相對(duì)論很快成為人們研究和討論的課題，愛因斯坦也受到了學(xué)術(shù)界的注意。1907年，愛因斯坦聽從友人的建議，提交了那篇著名的論文申請(qǐng)聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)的編外講師職位，但得到的答復(fù)是論文無法理解。雖然在德國(guó)物理學(xué)界愛因斯坦已經(jīng)很有名氣，但在瑞士，他卻得不到一個(gè)大學(xué)的教職，許多有名望的人開始為他鳴不平，1908年，愛因斯坦終于得到了編外講師的職位，并在第二年當(dāng)上了副教授。1912年，愛因斯坦當(dāng)上了教授，1913年，應(yīng)普朗克之邀擔(dān)任新成立的威廉皇帝物理研究所所長(zhǎng)和柏林大學(xué)教授。在此期間，愛因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對(duì)論推廣，對(duì)于他來說，有兩個(gè)問題使他不安。第一個(gè)是引力問題，狹義相對(duì)論對(duì)于力學(xué)、熱力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的物理規(guī)律是正確的，但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的，兩個(gè)物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無窮大的速度傳遞，這與相對(duì)論依據(jù)的場(chǎng)的觀點(diǎn)和極限的光速?zèng)_突。第二個(gè)是非慣性系問題，狹義相對(duì)論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣，都只適用于慣性系。但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系。從邏輯上說，一切自然規(guī)律不應(yīng)該局限于慣性系，必須考慮非慣性系。狹義相對(duì)論很難解釋所謂的雙生了佯謬，該佯謬說的是，有一對(duì)孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據(jù)相對(duì)論效應(yīng)，高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢，等哥哥回來，弟弟已經(jīng)變得很老了，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)經(jīng)歷了幾十年。而按照相對(duì)性原理，飛船相對(duì)于地球高速運(yùn)動(dòng)，地球相對(duì)于飛船也高速運(yùn)動(dòng)，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了。這個(gè)問題簡(jiǎn)直沒法回答。實(shí)際上，狹義相對(duì)論只處理勻速直線運(yùn)動(dòng)，而哥哥要回來必須經(jīng)過一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)過程，這是相對(duì)論無法處理的。正在人們忙于理解相對(duì)狹義相對(duì)論時(shí)，愛因斯坦正在接受完成廣義相對(duì)論。1907年，愛因斯坦撰寫了關(guān)于狹義相對(duì)論的長(zhǎng)篇文章《關(guān)于相對(duì)性原理和由此得出的結(jié)論》，在這篇文章中愛因斯坦第一次提到了等效原理，此后，愛因斯坦關(guān)于等效原理的思想又不斷發(fā)展。他以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量成正比的自然規(guī)律作為等效原理的根據(jù)，提出在無限小的體積中均勻的引力場(chǎng)完全可以代替加速運(yùn)動(dòng)的參照系。愛因斯坦并且提出了封閉箱的說法：在一封閉箱中的觀察者，不管用什么方法也無法確定他究竟是靜止于一個(gè)引力場(chǎng)中，還是處在沒有引力場(chǎng)卻在作加速運(yùn)動(dòng)的空間中，這是解釋等效原理最常用的說法，而慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是等效原理一個(gè)自然的推論。1915年11月，愛因斯坦先后向普魯士科學(xué)院提交了四篇論文，在這四篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，并給出了正確的引力場(chǎng)方程。至此，廣義相對(duì)論的基本問題都解決了，廣義相對(duì)論誕生了。1916年，愛因斯坦完成了長(zhǎng)篇論文《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對(duì)論稱為狹義相對(duì)論，將只對(duì)于慣性系物理規(guī)律同樣成立的原理稱為狹義相對(duì)性原理，并進(jìn)一步表述了廣義相對(duì)性原理：物理學(xué)的定律必須對(duì)于無論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都成立。愛因斯坦的廣義相對(duì)論認(rèn)為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲，而引力場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空。愛因斯坦用太陽(yáng)引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)中一直無法解釋的43秒。廣義相對(duì)論的第二大預(yù)言是引力紅移，即在強(qiáng)引力場(chǎng)中光譜向紅端移動(dòng)，20年代，天文學(xué)家在天文觀測(cè)中證實(shí)了這一點(diǎn)。廣義相對(duì)論的第三大預(yù)言是引力場(chǎng)使光線偏轉(zhuǎn)，。最靠近地球的大引力場(chǎng)是太陽(yáng)引力場(chǎng)，愛因斯坦預(yù)言，遙遠(yuǎn)的星光如果掠過太陽(yáng)表面將會(huì)發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。1919年，在英國(guó)天文學(xué)家愛丁頓的鼓動(dòng)下，英國(guó)派出了兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴兩地觀察日全食，經(jīng)過認(rèn)真的研究得出最后的結(jié)論是：星光在太陽(yáng)附近的確發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)正式宣讀了觀測(cè)報(bào)告，確認(rèn)廣義相對(duì)論的結(jié)論是正確的。會(huì)上，著名物理學(xué)家、皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)湯姆孫說：“這是自從牛頓時(shí)代以來所取得的關(guān)于萬(wàn)有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對(duì)論是人類思想最偉大的成果之一”。愛因斯坦成了新聞人物，他在1916年寫了一本通俗介紹相對(duì)認(rèn)的書《狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論淺說》，到1922年已經(jīng)再版了40次，還被譯成了十幾種文字，廣為流傳。相對(duì)論的意義狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論建立以來，已經(jīng)過去了很長(zhǎng)時(shí)間，它經(jīng)受住了實(shí)踐和歷史的考驗(yàn)，是人們普遍承認(rèn)的真理。相對(duì)論對(duì)于現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代人類思相的發(fā)展都有巨大的影響。相對(duì)論從邏輯思想上統(tǒng)一了經(jīng)典物理學(xué)，使經(jīng)典物理學(xué)成為一個(gè)完美的科學(xué)體系。狹義相對(duì)論在狹義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動(dòng)力學(xué)兩個(gè)體系，指出它們都服從狹義相對(duì)性原理，都是對(duì)洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學(xué)只不過是物體在低速運(yùn)動(dòng)下很好的近似規(guī)律。廣義相對(duì)論又在廣義協(xié)變的基礎(chǔ)上，通過等效原理，建立了局域慣性長(zhǎng)與普遍參照系數(shù)之間的關(guān)系，得到了所有物理規(guī)律的廣義協(xié)變形式，并建立了廣義協(xié)變的引力理論，而牛頓引力理論只是它的一級(jí)近似。這就從根本上解決了以前物理學(xué)只限于慣性系數(shù)的問題，從邏輯上得到了合理的安排。相對(duì)論嚴(yán)格地考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時(shí)空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。狹義相對(duì)論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提示了質(zhì)量與能量相當(dāng)，給出了質(zhì)能關(guān)系式。這兩項(xiàng)成果對(duì)低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體并不明顯，但在研究微觀粒子時(shí)卻顯示了極端的重要性。因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動(dòng)速度一般都比較快，有的接近甚至達(dá)到光速，所以粒子的物理學(xué)離不開相對(duì)論。質(zhì)能關(guān)系式不僅為量子理論的建立和發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件，而且為原子核物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用提供了根據(jù)。廣義相對(duì)論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。到現(xiàn)在，相對(duì)論宇宙學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬于相對(duì)論天體物理學(xué)的分支學(xué)科都有一定的進(jìn)展，吸引了許多科學(xué)家進(jìn)行研究。一位法國(guó)物理學(xué)家曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)愛因斯坦：“在我們這一時(shí)代的物理學(xué)家中，愛因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是、將來也還是人類宇宙中最有光輝的巨星之一”，“按照我的看法，他也許比牛頓更偉大，因?yàn)樗麑?duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)，更加深入地進(jìn)入了人類思想基本要領(lǐng)的結(jié)構(gòu)中。”

相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，主要由愛因斯坦(Albert Einstein)創(chuàng)立，分為狹義相對(duì)論(特殊相對(duì)論)和廣義相對(duì)論(一般相對(duì)論)。相對(duì)論的基本假設(shè)是光速不變?cè)?，相?duì)性原理和等效原理。相對(duì)論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。奠定了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)，不適用于高速運(yùn)動(dòng)的物體和微觀條件下的物體。相對(duì)論解決了高速運(yùn)動(dòng)問題；量子力學(xué)解決了微觀亞原子條件下的問題。相對(duì)論極大的改變了人類對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出了“同時(shí)的相對(duì)性”，“四維時(shí)空”“彎曲空間”等全新的概念。狹義相對(duì)論，是只限于討論慣性系情況的相對(duì)論。牛頓時(shí)空觀認(rèn)為空間是平直的、各向同性的和各點(diǎn)同性的的三維空間——絕對(duì)空間，時(shí)間是獨(dú)立于空間的單獨(dú)一維（因而也是絕對(duì)的），即絕對(duì)時(shí)空觀。狹義相對(duì)論認(rèn)為空間和時(shí)間并不相互獨(dú)立，而是一個(gè)統(tǒng)一的四維時(shí)空整體，并不存在絕對(duì)的空間和時(shí)間。在狹義相對(duì)論中，整個(gè)時(shí)空仍然是平直的、各向同性的和各點(diǎn)同性的，這是一種對(duì)應(yīng)于“全局慣性系”的理想狀況。狹義相對(duì)論將真空中光速為常數(shù)作為基本假設(shè)，結(jié)合狹義相對(duì)性原理和上述時(shí)空的性質(zhì)可以推出洛侖茲變換。廣義相對(duì)論是愛因斯坦在1915年發(fā)表的理論。愛因斯坦提出“等效原理”，即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等價(jià)性上(目前實(shí)驗(yàn)證實(shí),在10  12的精確度范圍內(nèi),仍沒有看到引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的差別)。根據(jù)等效原理，愛因斯坦把狹義相對(duì)性原理推廣為廣義相對(duì)性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。物體的運(yùn)動(dòng)方程即該參考系中的測(cè)地線方程。測(cè)地線方程與物體自身故有性質(zhì)無關(guān)，只取決于時(shí)空局域幾何性質(zhì)。而引力正是時(shí)空局域幾何性質(zhì)的表現(xiàn)。物質(zhì)質(zhì)量的存在會(huì)造成時(shí)空的彎曲，在彎曲的時(shí)空中，物體仍然順著最短距離進(jìn)行運(yùn)動(dòng)(即沿著測(cè)地線運(yùn)動(dòng)——在歐氏空間中即是直線運(yùn)動(dòng))，如地球在太陽(yáng)造成的彎曲時(shí)空中的測(cè)地線運(yùn)動(dòng)，實(shí)際是繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，造成引力作用效應(yīng)。正如在彎曲的地球表面上，如果以直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)際是繞著地球表面的大圓走。倒相對(duì)論：相對(duì)論的提出，同樣受到很多的指責(zé)，有很多人認(rèn)為它是錯(cuò)誤的，并大大阻礙了社會(huì)的發(fā)展。然而這種觀點(diǎn)并不被主流科學(xué)界所接受。愛因斯坦和他的相對(duì)論 除了量子理論以外，1905年剛剛得到博士學(xué)位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》的文章引發(fā)了二十世紀(jì)物理學(xué)的另一場(chǎng)革命。文章研究的是物體的運(yùn)動(dòng)對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的影響，這是當(dāng)時(shí)經(jīng)典物理學(xué)面對(duì)的另一個(gè)難題。 十九世紀(jì)中葉，麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了以光速C傳播的電磁波的存在。到十九世紀(jì)末，實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了麥克斯韋理論。電磁波是什么？它的傳播速度C是對(duì)誰(shuí)而言的呢？當(dāng)時(shí)流行的看法是整個(gè)宇宙空間充滿一種特殊物質(zhì)叫做“以太”，電磁波是以太振動(dòng)的傳播。但人們發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)充滿矛盾的理論。如果認(rèn)為地球是在一個(gè)靜止的以太中運(yùn)動(dòng)，那么根據(jù)速度迭加原理，在地球上沿不同方向傳播的光的速度必定不一樣，但是實(shí)驗(yàn)否定了這個(gè)結(jié)論。如果認(rèn)為以太被地球帶著走，又明顯與天文學(xué)上的一些觀測(cè)結(jié)果不符。 1887年邁克爾遜和莫雷利用光的干涉現(xiàn)象進(jìn)行了非常精確的測(cè)量，仍沒有發(fā)現(xiàn)地球有相對(duì)于以太的任何運(yùn)動(dòng)。對(duì)此，洛侖茲(H．A．Lorentz)提出了一個(gè)假設(shè)，認(rèn)為一切在以太中運(yùn)動(dòng)的物體都要沿運(yùn)動(dòng)方向收縮。由此他證明了，即使地球相對(duì)以太有運(yùn)動(dòng)，邁克爾遜也不可能發(fā)現(xiàn)它。愛因斯坦從完全不同的思路研究了這一問題。他指出，只要摒棄牛頓所確立的絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間的概念，一切困難都可以解決，根本不需要什么以太。 愛因斯坦提出了兩條基本原理作為討論運(yùn)動(dòng)物體光學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。第一個(gè)叫做相對(duì)性原理。它是說：如果坐標(biāo)系K'相對(duì)于坐標(biāo)系K作勻速運(yùn)動(dòng)而沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，則相對(duì)于這兩個(gè)坐標(biāo)系所做的任何物理實(shí)驗(yàn)，都不可能區(qū)分哪個(gè)是坐標(biāo)系K，哪個(gè)是坐標(biāo)系K′。第二個(gè)原理叫光速不變?cè)?，它是說光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依賴于發(fā)光物體的運(yùn)動(dòng)速度。 從表面上看，光速不變似乎與相對(duì)性原理沖突。因?yàn)榘凑战?jīng)典力學(xué)速度的合成法則，對(duì)于K′和K這兩個(gè)做相對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系，光速應(yīng)該不一樣。愛因斯坦認(rèn)為，要承認(rèn)這兩個(gè)原理沒有抵觸，就必須重新分析時(shí)間與空間的物理概念。 經(jīng)典力學(xué)中的速度合成法則實(shí)際依賴于如下兩個(gè)假設(shè)：1．兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔與測(cè)量時(shí)間所用的鐘的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有關(guān)系；2．兩點(diǎn)的空間距離與測(cè)量距離所用的尺的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，如果承認(rèn)光速不變?cè)砼c相對(duì)性原理是相容的，那么這兩條假設(shè)都必須摒棄。這時(shí)，對(duì)一個(gè)鐘是同時(shí)發(fā)生的事件，對(duì)另一個(gè)鐘不一定是同時(shí)的，同時(shí)性有了相對(duì)性。在兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)特定點(diǎn)之間的距離得到的數(shù)值不再相等。距離也有了相對(duì)性。 如果設(shè)K坐標(biāo)系中一個(gè)事件可以用三個(gè)空間坐標(biāo)x、y、z和一個(gè)時(shí)間坐標(biāo)t來確定，而K′坐標(biāo)系中同一個(gè)事件由x′、y′、z′和t′來確定，則愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，x′、y′、z′和t′可以通過一組方程由x、y、z和t求出來。兩個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和光速c是方程的唯一參數(shù)。這個(gè)方程最早是由洛侖茲得到的，所以稱為洛侖茲變換。 利用洛侖茲變換很容易證明，鐘會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)而變慢，尺在運(yùn)動(dòng)時(shí)要比靜止時(shí)短，速度的相加滿足一個(gè)新的法則。相對(duì)性原理也被表達(dá)為一個(gè)明確的數(shù)學(xué)條件，即在洛侖茲變換下，帶撇的空時(shí)變量x'、y'、z'、t'將代替空時(shí)變量x、y、z、t，而任何自然定律的表達(dá)式仍取與原來完全相同的形式。人們稱之為普遍的自然定律對(duì)于洛侖茲變換是協(xié)變的。這一點(diǎn)在我們探索普遍的自然定律方面具有非常重要的作用。 此外，在經(jīng)典物理學(xué)中，時(shí)間是絕對(duì)的。它一直充當(dāng)著不同于三個(gè)空間坐標(biāo)的獨(dú)立角色。愛因斯坦的相對(duì)論把時(shí)間與空間聯(lián)系起來了。認(rèn)為物理的現(xiàn)實(shí)世界是各個(gè)事件組成的，每個(gè)事件由四個(gè)數(shù)來描述。這四個(gè)數(shù)就是它的時(shí)空坐標(biāo)t和x、y、z，它們構(gòu)成一個(gè)四維的連續(xù)空間，通常稱為閔可夫斯基四維空間。在相對(duì)論中，用四維方式來考察物理的現(xiàn)實(shí)世界是很自然的。狹義相對(duì)論導(dǎo)致的另一個(gè)重要的結(jié)果是關(guān)于質(zhì)量和能量的關(guān)系。在愛因斯坦以前，物理學(xué)家一直認(rèn)為質(zhì)量和能量是截然不同的，它們是分別守恒的量。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，在相對(duì)論中質(zhì)量與能量密不可分，兩個(gè)守恒定律結(jié)合為一個(gè)定律。他給出了一個(gè)著名的質(zhì)量-能量公式：E＝mc2，其中c為光速。于是質(zhì)量可以看作是它的能量的量度。計(jì)算表明，微小的質(zhì)量蘊(yùn)涵著巨大的能量。這個(gè)奇妙的公式為人類獲取巨大的能量，制造原子彈和氫彈以及利用原子能發(fā)電等奠定了理論基礎(chǔ)。 對(duì)愛因斯坦引入的這些全新的概念，大部分物理學(xué)家，其中包括相對(duì)論變換關(guān)系的奠基人洛侖茲，都覺得難以接受。舊的思想方法的障礙，使這一新的物理理論直到一代人之后才為廣大物理學(xué)家所熟悉，就連瑞典皇家科學(xué)院，1922年把諾貝爾獎(jiǎng)金授予愛因斯坦時(shí)，也只是說“由于他對(duì)理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)，更由于他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的定律?！睂?duì)于相對(duì)論只字未提。 愛因斯坦于1915年進(jìn)一步建立起了廣義相對(duì)論。狹義相對(duì)性原理還僅限于兩個(gè)相對(duì)做勻速運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系，而在廣義相對(duì)論性原理中勻速運(yùn)動(dòng)這個(gè)限制被取消了。他引入了一個(gè)等效原理，認(rèn)為我們不可能區(qū)分引力效應(yīng)和非勻速運(yùn)動(dòng)，即非勻速運(yùn)動(dòng)和引力是等效的。他進(jìn)而分析了光線在靠近一個(gè)行量附近穿過時(shí)會(huì)受到引力而彎折的現(xiàn)象，認(rèn)為引力的概念本身完全不必要。可以認(rèn)為行星的質(zhì)量使它附近的空間變成彎曲，光線走的是最短程線?；谶@些討論，愛因斯坦導(dǎo)出了一組方程，它們可以確定由物質(zhì)的存在而產(chǎn)生的彎曲空間幾何。利用這個(gè)方程，愛因斯坦計(jì)算了水星近日點(diǎn)的位移量，與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值完全一致，解決了一個(gè)長(zhǎng)期解釋不了的困難問題，這使愛因斯坦激動(dòng)不已。他在寫給埃倫菲斯特的信中這樣寫道：“……方程給出了近日點(diǎn)的正確數(shù)值，你可以想象我有多高興！有好幾天，我高興得不知怎樣才好。” 1915年11月25日，愛因斯坦把題為“萬(wàn)有引力方程”的論文提交給了柏林的普魯士科學(xué)院，完整地論述了廣義相對(duì)論。在這篇文章中他不僅解釋了天文觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)的水星軌道近日點(diǎn)移動(dòng)之謎，而且還預(yù)言：星光經(jīng)過太陽(yáng)會(huì)發(fā)生偏折，偏折角度相當(dāng)于牛頓理論所預(yù)言的數(shù)值的兩倍。第一次世界大戰(zhàn)延誤了對(duì)這個(gè)數(shù)值的測(cè)定。1919年5月25日的日全食給人們提供了大戰(zhàn)后的第一次觀測(cè)機(jī)會(huì)。英國(guó)人愛丁頓奔赴非洲西海岸的普林西比島，進(jìn)行了這一觀測(cè)。11月6日，湯姆遜在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)聯(lián)席會(huì)議上鄭重宣布：得到證實(shí)的是愛因斯坦而不是牛頓所預(yù)言的結(jié)果。他稱贊道“這是人類思想史上最偉大的成就之一。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的不是一個(gè)小島，而是整整一個(gè)科學(xué)思想的新大陸。”泰晤士報(bào)以“科學(xué)上的革命”為題對(duì)這一重大新聞做了報(bào)道。消息傳遍全世界，愛因斯坦成了舉世矚目的名人。廣義相對(duì)論也被提高到神話般受人敬仰的寶座。 從那時(shí)以來，人們對(duì)廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣。但由于太陽(yáng)系內(nèi)部引力場(chǎng)非常弱，引力效應(yīng)本身就非常小，廣義相對(duì)論的理論結(jié)果與牛頓引力理論的偏離很小，觀測(cè)非常困難。七十年代以來，由于射電天文學(xué)的進(jìn)展，觀測(cè)的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了太陽(yáng)系，觀測(cè)的精度隨之大大提高。特別是1974年9月由麻省理工學(xué)院的泰勒和他的學(xué)生惠斯勒，用305米口徑的大型射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了脈沖雙星，它是一個(gè)中子星和它的伴星在引力作用下相互繞行，周期只有0.323天，它的表面的引力比太陽(yáng)表面強(qiáng)十萬(wàn)倍，是地球上甚至太陽(yáng)系內(nèi)不可能獲得的檢驗(yàn)引力理論的實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)十余年的觀測(cè)，他們得到了與廣義相對(duì)論的預(yù)言符合得非常好的結(jié)果。由于這一重大貢獻(xiàn)，泰勒和惠斯勒獲得了1993年諾貝爾物理獎(jiǎng)。相對(duì)論 十九世紀(jì)后期，由于光的波動(dòng)理論的確立，科學(xué)家相信一種叫“以太”的連續(xù)介質(zhì)充滿了宇宙空間，就象空氣中的聲波一樣，光線和電磁信號(hào)是“以太”中的波。然而，與空間完全充滿“以太”的思想相悖的結(jié)果不久就出現(xiàn)了：根據(jù)“以太”理論應(yīng)得出，光線傳播速度相對(duì)于“以太”應(yīng)是一個(gè)定值，因此，如果你沿與光線傳播相同的方向行進(jìn)，你所測(cè)量到的光速應(yīng)比你在靜止時(shí)測(cè)量到的光速低；反之，如果你沿與光線傳播相反的方向行進(jìn)，你所測(cè)量到的光速應(yīng)比你在靜止時(shí)測(cè)量到的光速高。但是，一系列實(shí)驗(yàn)都沒有找到造成光速差別的證據(jù)。 在這些實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，阿爾波特·邁克爾遜和埃迪沃德·莫里1887年在美國(guó)俄亥俄州克里夫蘭的凱斯研究所所完成的測(cè)量，是最準(zhǔn)確細(xì)致的。他們對(duì)比兩束成直角的光線的傳播速度，由于圍著自轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞太陽(yáng)的公轉(zhuǎn)，根據(jù)推理，地球應(yīng)穿行在“以太”中，因此上述成直角的兩束光線應(yīng)因地球的運(yùn)動(dòng)而測(cè)量到不同的速度，愛爾蘭物理學(xué)家喬治·費(fèi)茲哥立德和荷蘭物理學(xué)家亨卓克·洛侖茲，最早認(rèn)為相對(duì)于“以太”運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)方向的尺寸會(huì)收縮，而相對(duì)于“以太”運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘會(huì)變慢。并且洛侖茲提出了著名的洛侖茲變換。而對(duì)“以太”，費(fèi)茲哥立德和洛侖茲當(dāng)時(shí)都認(rèn)為是一種真實(shí)存在的物質(zhì)。而法國(guó)數(shù)學(xué)家龐加萊懷疑這一點(diǎn)，并預(yù)見全新的力學(xué)會(huì)出現(xiàn)。 馬赫和休謨的哲學(xué)對(duì)愛因斯坦影響很大。馬赫認(rèn)為時(shí)間和空間的量度與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有關(guān)。時(shí)空的觀念是通過經(jīng)驗(yàn)形成的。絕對(duì)時(shí)空無論依據(jù)什么經(jīng)驗(yàn)也不能把握。休謨更具體的說：空間和廣延不是別的，而是按一定次序分布的可見的對(duì)象充滿空間。而時(shí)間總是又能夠變化的對(duì)象的可覺察的變化而發(fā)現(xiàn)的。1905年愛因斯坦指出，邁克爾遜和莫雷實(shí)驗(yàn)實(shí)際上說明關(guān)于“以太”的整個(gè)概念是多余的，光速是不變的。而牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀念是錯(cuò)誤的。不存在絕對(duì)靜止的參照物，時(shí)間測(cè)量也是隨參照系不同而不同的。他用光速不變和相對(duì)性原理提出了洛侖茲變換。創(chuàng)立了狹義相對(duì)論。 愛因斯坦死后的幾十年里，其形象不斷地被拔高。他寫的書幾十年長(zhǎng)銷不衰，他的話經(jīng)常被流行文化引征據(jù)用，他的肖像被印在T恤衫上和咖啡杯上，可以說商業(yè)用途極為廣泛。被奉為圣人，其形象卻從不咄咄逼人，愛因斯坦自始至終的形象都是：一個(gè)溫和文雅的天才。他有多少天分，同樣就有多少慈善。成就和人格的完美結(jié)合，使得許多人視愛因斯坦為圣人。但實(shí)際上，當(dāng)我們?cè)疥P(guān)注愛因斯坦外在的高大形象，反而越不能了解那個(gè)真正的愛因斯坦和他所做過的一切。 幸虧有了一個(gè)堅(jiān)持不懈的出版計(jì)劃，20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家其真正面貌才得以最終成型。這就是《愛因斯坦全集》。這套將公布愛因斯坦約14000篇原始文件的全集共有25卷，現(xiàn)在已經(jīng)出版到第8卷。全套文集不僅包括了愛因斯坦所有科學(xué)文獻(xiàn)以供研究者追隨這位科學(xué)家的思想歷程，而且還公布了其大量的書信來往，展現(xiàn)了其真實(shí)的為人。在那里面，你可以深深地感受到愛因斯坦的智慧和魅力還有令人尊敬的勇氣和社會(huì)正義感。但另一方面，文集也說明了愛因斯坦遠(yuǎn)不是一個(gè)圣人，他也尖酸刻薄，也反叛，甚至可以說是有點(diǎn)放蕩。 當(dāng)你走進(jìn)美國(guó)自然博物館陰暗的展覽大廳，耳邊響起英國(guó)著名作曲家霍爾斯特在1918年創(chuàng)作的《ThePlanets（行星組曲）》時(shí)，那種極不和諧、有點(diǎn)刺耳的音調(diào)仿佛在提醒游客：愛因斯坦的內(nèi)心世界就是這樣矛盾、這么不和諧的。 一直以來，流傳著許多關(guān)于愛因斯坦具有超自然能力的各種傳說，他的姐姐說他的后腦勺又大又有棱角。 以前曾流傳過許多關(guān)于愛因斯坦具有超自然能力的各種傳說。（最為典型的一個(gè)故事，稱愛因斯坦小時(shí)候說出的第一句話竟然是抱怨牛奶太熱了，目瞪口呆的父母問他為什么以前一直不開口說話。誰(shuí)料這個(gè)小天才回答：“因?yàn)?，以前的一切都沒有什么問題呀！”） 根據(jù)愛因斯坦的的姐姐瑪亞在一部從未出版過的自傳中稱，愛因斯坦的智力發(fā)展很慢，而且到了很晚才開始會(huì)說話?，攣喺f：“當(dāng)愛因斯坦剛出生的時(shí)候，母親看見他那又巨大又有棱角的后腦勺時(shí)都快嚇壞了?！?“愛因斯坦的大腦的確異于常人，大腦海馬區(qū)左側(cè)的神經(jīng)細(xì)胞明顯比右側(cè)的大，并且分布很規(guī)則”（加州大學(xué)Zaidel博士） 美國(guó)加州大學(xué)的Zaidel博士稱，愛因斯坦的大腦與普通人相比，存在著“顯著的差異”。Zaidel研究了愛因斯坦的兩個(gè)大腦組織切片（生物實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用的研究方法），這兩個(gè)切片含有大腦海馬區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞，它們負(fù)責(zé)處理語(yǔ)言與想象的工作。通過與10個(gè)普通人的大腦切片對(duì)比，Zaidel博士發(fā)現(xiàn)愛因斯坦大腦組織存在顯著的“優(yōu)勢(shì)”：愛因斯坦大腦海馬區(qū)左側(cè)的神經(jīng)細(xì)胞明顯比右側(cè)的大，并且分布很規(guī)則；而普通人該組織區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞看上去很小，而且表現(xiàn)得“非常不規(guī)則”。 但是Zaidel指出，愛因斯坦大腦組織的特性“是天生的，還是后天發(fā)展的結(jié)果”，目前尚不能定論。 “我沒有任何特殊的才能。我擁有的只是極其強(qiáng)烈的好奇心。”“我的智力發(fā)展很遲緩，我一直到了完全長(zhǎng)大以后，才開始對(duì)時(shí)空問題感到疑惑的。”（愛因斯坦） 那么，愛因斯坦究竟是一個(gè)怎樣的人，他如何“看到”別人“看不到”的東西？愛因斯坦把其成功歸結(jié)于他的起步慢。他有一次寫道：“一個(gè)正常的成年人從來不會(huì)停止思考關(guān)于時(shí)間和空間的問題。但是我的智力發(fā)展卻很遲緩，我一直到了完全長(zhǎng)大以后，才開始對(duì)時(shí)空問題感到疑惑?！?在1915年，愛因斯坦曾對(duì)一名校友說過：“一個(gè)人不應(yīng)該追求那些容易得到的東西，所以我們還是繼續(xù)努力吧?！?哈佛大學(xué)的物理兼科學(xué)史專家格雷得·和頓是愛因斯坦1955年去世后第一個(gè)獲許翻看檔案的學(xué)者。如今76歲的和頓說當(dāng)年他翻看愛因斯坦的檔案時(shí)，被其獨(dú)一無二的光輝所完全折服?！皭垡蛩固沟乃伎挤绞酵耆幌窠炭茣纤f的那樣，先做實(shí)驗(yàn)，然后得出理論，最后檢驗(yàn)結(jié)論，他而是幾乎完全靠‘想’進(jìn)行創(chuàng)造，以其極度跳躍的思維來完成他的‘實(shí)驗(yàn)’。愛因斯坦的智慧是超乎常人的?！?幼年、青年、老年時(shí)期的愛因斯坦 相對(duì)論改變了世界 愛因斯坦一生大約發(fā)表過300篇科學(xué)論文，但歸納其最重要的理論有： 相對(duì)論 1905年發(fā)表了狹義相對(duì)論。這個(gè)理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度，其它任何事物——速度、長(zhǎng)度、質(zhì)量和經(jīng)過的時(shí)間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。 時(shí)空 愛因斯坦發(fā)表他的相對(duì)論之二百年前，英國(guó)物理學(xué)家艾薩克·牛頓（1643~1727）提出時(shí)間和空間都是絕對(duì)的，空間和時(shí)間是完全分開的。然而，在相對(duì)論數(shù)學(xué)中，時(shí)間和三維空間——長(zhǎng)、寬和高，一起構(gòu)成一個(gè)四維空間框架，叫做時(shí)空關(guān)聯(lián)集。 質(zhì)量和能量 愛因斯坦從他的狹義相對(duì)論中推導(dǎo)出等式E＝MC2（這里E是能量，M是質(zhì)量，C是恒定的光速），他用這個(gè)等式解釋了質(zhì)量和能量是等價(jià)的。現(xiàn)在認(rèn)為，質(zhì)量和能量是同一種物質(zhì)的不同形式，稱為質(zhì)能。例如，如果一個(gè)物體的能量減少了一定量E，則它的質(zhì)量也減少等于MC2的量，然而，質(zhì)能不會(huì)消失，只不過以另一種形式被釋放，它叫輻射能量。 廣義相對(duì)論 1915年發(fā)表了廣義相對(duì)論，解釋了引力作用和加速度作用沒有差別的原因。他還解釋了引力是如何和時(shí)空彎曲聯(lián)系起來的，利用數(shù)學(xué)，愛因斯坦指出物體使周圍空間、時(shí)間彎曲，在物體具有很大的相對(duì)質(zhì)量（例如一顆恒星）時(shí)，這種彎曲可使從它旁邊經(jīng)過的任何其它事物，即使是光線，改變路徑。 蟲洞 理論上，蟲洞是一個(gè)黑洞，它的質(zhì)量非常大，把時(shí)空彎曲吸進(jìn)了它自身之中，它的口開向宇宙的另一個(gè)空間及時(shí)間，或者也許完全進(jìn)入另一個(gè)宇宙空間。也許能夠利用蟲洞建立一個(gè)時(shí)間旅行機(jī)器，但許多科學(xué)家們指出這個(gè)機(jī)器不可能重返到它自身被創(chuàng)建的時(shí)間之前。 他還是一個(gè)發(fā)明匠 我們常常把愛因斯坦想象成一個(gè)總在開小差的天才，他的魂兒常常被時(shí)空勾了去。但其實(shí)，愛因斯坦也是一個(gè)動(dòng)手能力很強(qiáng)的發(fā)明家。他的父母開了一家電力廠，并常常鼓勵(lì)小愛因斯坦以后當(dāng)一個(gè)工程師。 他曾經(jīng)和別人一起合作發(fā)明了一套不需拆卸的冷凍系統(tǒng)，后來在一戰(zhàn)期間，又曾為德國(guó)空軍設(shè)計(jì)了一款機(jī)翼。 愛因斯坦曾在瑞士伯爾尼專利局當(dāng)過7年評(píng)估員。盡管他在工作的時(shí)候常常走神發(fā)白日夢(mèng)（在用腦子做實(shí)驗(yàn)），但愛因斯坦對(duì)自己的工作還是頗為勝任的，并在1906年獲得了一次升職的機(jī)會(huì)。此外，他在那時(shí)就擁有了好幾個(gè)屬于自己的專利，包括一個(gè)在20世紀(jì)20年代和別人合作發(fā)明的一套不需拆卸的冷凍系統(tǒng)。在一戰(zhàn)期間，愛因斯坦又為德國(guó)空軍設(shè)計(jì)了一款機(jī)翼，并進(jìn)行到了實(shí)驗(yàn)階段。可惜當(dāng)時(shí)那個(gè)負(fù)責(zé)測(cè)試的飛行員向上級(jí)抱怨說飛機(jī)裝上了愛因斯坦所設(shè)計(jì)的機(jī)翼后看上去就像是一只“懷孕的鴨子”，計(jì)劃最終流產(chǎn)。 他與FBI“秘密交鋒” 盡管愛因斯坦在私生活中很冷漠，但他在公眾場(chǎng)合中卻表現(xiàn)出很強(qiáng)的社交能力，他甚至是一個(gè)天生適合當(dāng)名人的人。愛因斯坦拍照時(shí)非常上鏡，而且擁有一副很有磁性的嗓音。在一部關(guān)于愛因斯坦的記錄片中有這么一個(gè)鏡頭：愛因斯坦被一群記者簇?fù)碇鴱娜輵?yīng)付。有一個(gè)記者問他：“愛因斯坦教授，請(qǐng)問您為自己成為一個(gè)美國(guó)人而感到高興嗎？”愛因斯坦諷刺他：“既然你站在這里這樣問我，那我的回答是‘當(dāng)然了，我感到非常榮幸’”。愛因斯坦在1930年12月11日的旅行日記中有一段話就更加直接地奚落記者。“一群記者在長(zhǎng)島登上了我們的船，問了我一些極為愚蠢的問題，當(dāng)我用一些毫不值錢的濫調(diào)回答他們的時(shí)候，他們卻像如獲至寶般歡喜而歸?！?他在科學(xué)界與政界都樹下了不少敵人，他支持猶太人在中東建國(guó)，但又很早就警告說應(yīng)當(dāng)關(guān)注當(dāng)?shù)匕⒗说睦妗?盡管愛因斯坦在感情上極其喜惡分明，但最典型的體現(xiàn)在他參與的社會(huì)和政治事端。愛因斯坦曾經(jīng)不知疲倦地幫助那些納粹德國(guó)的難民逃到美國(guó)，他還致力于在耶路撒冷建立希伯來大學(xué)以作為猶太人科學(xué)家的避難所。愛因斯坦支持猶太人在巴勒斯坦重建猶太人的王國(guó)，但他同時(shí)早在1955年就警告說：“我們的建國(guó)政策中最關(guān)鍵的一環(huán)是要給予一直在中東地區(qū)生活的阿拉伯人們同樣平等的權(quán)利?！弊鳛橐粋€(gè)忠實(shí)的社會(huì)主義者，愛因斯坦對(duì)資本主義極不信任，他相信，建立“世界政府”是有效控制核武器發(fā)展的唯一途徑，并只有這樣才能從根本上避免戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)生。 他是一個(gè)激進(jìn)主義者，在德國(guó)，他上了納粹黨的黑名單，逃到美國(guó)后，F(xiàn)BI花費(fèi)了22年的時(shí)間一直監(jiān)視他，不僅誣陷他是 ，還想方設(shè)法要把他驅(qū)逐出境 愛因斯坦是人權(quán)運(yùn)動(dòng)最早期的倡導(dǎo)者之一，這是愛因斯坦作為一個(gè)激進(jìn)主義者最鮮為人知的一面。愛因斯坦不僅利用自己的聲望極力反對(duì)私刑拷問，他還參加了（美國(guó)）全國(guó)有色人種協(xié)進(jìn)會(huì)（NAACP）的工作。 因此，愛因斯坦這種對(duì)抗當(dāng)局的行為使他在科學(xué)界和政界中樹下了不少敵人。他的名字最早在1922年就被寫進(jìn)了納粹黨的黑名單，還有許多頗有聲望的德國(guó)物理學(xué)家也公開稱愛因斯坦的研究為“猶太人的物理學(xué)”。這種愚昧的攻擊甚至在愛因斯坦與1933年逃到美國(guó)普林斯頓大學(xué)后也沒有停止。 逃到美國(guó)后，其激進(jìn)行為同樣讓FBI感到非常不安，美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局前局長(zhǎng)胡佛和愛因斯坦之間由此進(jìn)行了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)20多年的“秘密戰(zhàn)爭(zhēng)”。在胡佛的指示下，美國(guó)聯(lián)邦調(diào)查局一共搜集了1800多頁(yè)的有關(guān)愛因斯坦的檔案，而他們的目的就是要把愛因斯坦驅(qū)逐出美國(guó)。胡佛的結(jié)論是：愛因斯坦實(shí)際上是俄國(guó)派到柏林的一個(gè) 。不過這種荒謬的說法竟然奏效了，愛因斯坦最終被阻擋在曼哈頓原子彈計(jì)劃之外。這就是為什么愛因斯坦建議羅斯福研制核彈卻從未參與該工程的原因。 “婚姻是披著文明外衣的奴隸制” 毋庸諱言，愛因斯坦對(duì)待女性的看法，確實(shí)受到過德國(guó)哲學(xué)家叔本華思想的深刻影響。他從未把愛情看得是高于一切。他在離婚前就有過外遇，并且在第二次結(jié)婚后，也有過越軌行為。他認(rèn)為，從本質(zhì)上說，婚姻都是愚蠢的，自己也多次談到了他的不適合于家庭生活的個(gè)性。 “我曾經(jīng)有過兩次丟臉的婚姻”。愛因斯坦對(duì)愛情的激情是有節(jié)制的，他從未讓激情淹沒自己冷靜的理性。 愛因斯坦的私生活常為人所詬病。說的最多的是他的兩次“丟臉的婚姻”以及穿插其中的幾次婚外情。有作者甚至暗示他與終生未婚的女秘書杜卡斯之間存在不正當(dāng)?shù)年P(guān)系。 愛因斯坦與第一任妻子米勒瓦在大學(xué)相識(shí)，但受到了來自家庭的強(qiáng)烈反對(duì)。一直到了米勒瓦為愛因斯坦生下了一個(gè)女孩，取名麗莎爾，兩人才在1903年最終成了婚。不過，愛因斯坦卻從來沒有見過自己的私生女。而且麗莎爾在幼年時(shí)就夭折了。 愛因斯坦在信中對(duì)米勒瓦所流露出的“我怎么沒有早點(diǎn)遇到你，我的小寶貝！”的這種柔情非常的短暫，在愛因斯坦聲望益高，在兩個(gè)小兒子出世后，而米勒瓦也開始出現(xiàn)了精神分裂癥的癥狀時(shí)，夫妻間的恩愛很快就消失了，剩下的只有互相的嘲笑和欺騙。愛因斯坦在1913年寫給他的堂妹艾爾莎的信上說：“（米勒瓦）是一個(gè)很不友善，毫無幽默感的生物——只要她在，就會(huì)拼命破壞別人快樂的生活。”艾爾莎那時(shí)候已經(jīng)成為了愛因斯坦的情人，并后來于1919年成為他的第二任妻子。 “我不會(huì)希望自己嫁給他，但我們依然喜歡他，盡管他存在許多的缺點(diǎn)。”（卡拉普愛斯）狹義相對(duì)論是建立在四維時(shí)空觀上的一個(gè)理論，因此要弄清相對(duì)論的內(nèi)容，要先對(duì)相對(duì)論的時(shí)空觀有個(gè)大體了解。在數(shù)學(xué)上有各種多維空間，但目前為止，我們認(rèn)識(shí)的物理世界只是四維，即三維空間加一維時(shí)間?，F(xiàn)代微觀物理學(xué)提到的高維空間是另一層意思，只有數(shù)學(xué)意義，在此不做討論。 四維時(shí)空是構(gòu)成真實(shí)世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至于高維真實(shí)空間，至少現(xiàn)在我們還無法感知。我在一個(gè)帖子上說過一個(gè)例子，一把尺子在三維空間里（不含時(shí)間）轉(zhuǎn)動(dòng)，其長(zhǎng)度不變，但旋轉(zhuǎn)它時(shí)，它的各坐標(biāo)值均發(fā)生了變化，且坐標(biāo)之間是有聯(lián)系的。四維時(shí)空的意義就是時(shí)間是第四維坐標(biāo)，它與空間坐標(biāo)是有聯(lián)系的，也就是說時(shí)空是統(tǒng)一的，不可分割的整體，它們是一種”此消彼長(zhǎng)”的關(guān)系。 四維時(shí)空不僅限于此，由質(zhì)能關(guān)系知，質(zhì)量和能量實(shí)際是一回事，質(zhì)量（或能量）并不是獨(dú)立的，而是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相關(guān)的，比如速度越大，質(zhì)量越大。在四維時(shí)空里，質(zhì)量（或能量）實(shí)際是四維動(dòng)量的第四維分量，動(dòng)量是描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量，因此質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)就是理所當(dāng)然的了。在四維時(shí)空里，動(dòng)量和能量實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，稱為能量動(dòng)量四矢。另外在四維時(shí)空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場(chǎng)方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場(chǎng)方程組的四維形式更加完美，完全統(tǒng)一了電和磁，電場(chǎng)和磁場(chǎng)用一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)張量來描述。四維時(shí)空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的。可以說至少它比牛頓力學(xué)要完美的多。至少由它的完美性，我們不能對(duì)它妄加懷疑。 相對(duì)論中，時(shí)間與空間構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體——四維時(shí)空，能量與動(dòng)量也構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體——四維動(dòng)量。這說明自然界一些看似毫不相干的量之間可能存在深刻的聯(lián)系。在今后論及廣義相對(duì)論時(shí)我們還會(huì)看到，時(shí)空與能量動(dòng)量四矢之間也存在著深刻的聯(lián)系。 3 狹義相對(duì)論基本原理 物質(zhì)在相互作用中作永恒的運(yùn)動(dòng)，沒有不運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，也沒有無物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，由于物質(zhì)是在相互聯(lián)系，相互作用中運(yùn)動(dòng)的，因此，必須在物質(zhì)的相互關(guān)系中描述運(yùn)動(dòng)，而不可能孤立的描述運(yùn)動(dòng)。也就是說，運(yùn)動(dòng)必須有一個(gè)參考物，這個(gè)參考物就是參考系。 伽利略曾經(jīng)指出，運(yùn)動(dòng)的船與靜止的船上的運(yùn)動(dòng)不可區(qū)分，也就是說，當(dāng)你在封閉的船艙里，與外界完全隔絕，那么即使你擁有最發(fā)達(dá)的頭腦，最先進(jìn)的儀