爱因斯坦是如何创立狭义相对论和广义相对论的
爱因斯坦是如何创立狭义相对论和广义相对论的
——灵遁者
其实这一章，我自己认为没有必要写，因为爱氏关于狭义相对论和广义相对论的知识，随便网上一搜，就铺天盖地了。而且就内容的权威和全面性，肯定比我写的好。
但好多网友，留言说你既然在《变化》中反复提到这两个理论，就该介绍一下。并且建议我写的更加有趣和通俗点，就是别像网络上的内容那么严肃，一看就好像特别的难的样子。
其实我想说，我也写不出来
难的东西，难的东西我也不
会。就介绍而言，保持“爱
氏相对论”原来的样子，原
汁原味比通俗易懂更重要，毕竟这是科普介绍，不是在这个理论之上，所做的启发性猜想，这是两个概念。
不过没有介绍这两个理论，确实是我的遗憾。不能我认为网上有，就不需要介绍。还是要介绍的，这点感谢书友的建议。
一开始，我来讲一个看过的视频。记者采访当今中国物理学的泰斗杨振宁，问杨振宁先生谁是您的偶像，爱因斯坦算吗？
杨振宁给了肯定的回答，并且这样说道：“爱因斯坦是了不起的物理学家。因为他不止是在一件事情上做了革命性的发展，可以说20世纪最重要的三个大革命，
其中两个半是他所促成的，他对于物理学的发展，可以和牛顿媲美。没有第三个人能和他们两个人比。”
杨先生所说的“两个半贡献”应该就是指狭义相对论，广义相对论，另外半个是指爱氏对于量子力学的贡献，具体应该是指光电效应，光量子理论。
再来给大家说一个故事，就是爱因斯坦在我看来，是一个很有个性的人。你们知道他写一篇物理文章是什么时候吗？是16岁，16岁的我们，大多数上的高中。16岁的时候，他写出第一篇物理论文《磁场里以太的状态的研究》。看标题就知道是关于什么内容了。不过我们都知道，随后爱氏放弃的以太存在的观点，才创立了相对论。
所以各位，一开始，观点都不一定正确，连伟大的爱因斯坦都是这样过来的。关于爱氏两度放弃德国国籍的事情，也让我深深震动。人都是畏惧环境，尤其是在大的浪潮环境下更是这样的。
1914年（35岁）4月，爱因斯坦接受德国科学界的邀请。迁居到柏林。8月，即爆发了第一次世界大战。他虽身居战争的发源地。生活在战争鼓吹者的包围之中，却坚决地表明了自己的反战态度。
9月，爱因斯坦参与发起反战团体“新祖国同盟”，在这个组织被宣布为非法、成员大批遭受逮捕和迫害而转入地下的情况下，爱因斯坦仍坚决参加这个组织的秘密活动。
10月，德国的科学界和文化界在军国主义分子的操纵和煽动下，发表了“文明世界的宣言”，为德国发动的侵略战争辩护，鼓吹德国高于一切，全世界都应该接受“真正德国精神”。
在“宣言”上签名的有九十三人，都是当时德国有声望的科学家、艺术家和牧师等。就连能斯脱、伦琴、奥斯特瓦尔德、普朗克等都在上面签了字。当征求爱因斯坦签名时，他断然拒绝了，而同时他却毅然在反战的《告欧洲人书》上签上自己的名字。
当祖国错了的时候，他能理性爱国；当别人服从的时候，他能坚持自己。伟人的人，不仅有伟大的贡献，更是有伟大的人格。爱因斯坦之所以名满世界，大概就源于此吧。
关于爱氏的故事，还有很多，大家可以自己找找。回到我们的主题，来介绍一下狭义相对论和广义相对论。而且我尽可能讲一些你们在网络上没有看到过的，你们在平日里，没有思考到的。我觉得这才是你们要的，也是我要给你的。
在开始的时候，我就要说明这两个理论的基础。然后你们再跟着这些基础来理解爱氏的理论。
1、狭义相对论是建立在狭义相对性原理和光速不变原理之
上。那什么是狭义相对性原理，什么是光速不变？
狭义相对性原理：一切物理定律（力学定律、电磁学定律以
及其他相互作用的动力学定律）在所有惯性参考系中都是等价（平权）的，没有一个惯性系具有优越地位，不存在绝对静止的参考系（以太），
从而否定了“以太说”和绝对空间。
值得一提的是，这个原理其实是伽利略相对性原理的推广，也就是说伽利略是第一个思考惯性中物体运动的变化的人。这个我在《变化》里最初的几章内容中着重讲过。非常重要的理论概念！
可以说不理解惯性，惯性系，非惯性系的情况下，你要深刻理解相对论，是做不到的。
我也因为考虑了惯性，惯性系和引力，引力场的关系后，得出引力是惯性的源泉。
光速不变原理：真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。
2、广义相对论建立在广义相对性原理和等效原理之上的。那什么是广义相对性原理？什么是等效原理？
广义相对性原理：所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。
很明显，广义相对性原理是狭义相对性原理的拓展。
等效原理：惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的。
在这里我强调两个点：
1、广义相对论不光是建立在广义相对性原理和等效原理之上，还是建立在狭义相对论之上的理论。也就是说上面提到的“四个原理”，都必须满足，广义相对
论才成立。如果狭义相对论被证明是错误的，那么广义相对论也是。
2、关于光速不变原理的理解。注意再看一遍：光速不变原理是指真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。
这个问题的严峻性，就好比我问你：现在的光速值被认定为299,792,458 米每秒。假如100年后，光速值的测量，变为299792458.001米每秒，那么你会说爱氏的相对论是错误的吗？
我现在再问你一遍，是对的，还是错的？思考一分钟，再往下看吧。
很显然就原理所述而言，没有一点毛病，即使100年后光速测量变为299792458.001的时候，爱氏的相对论依然是正确的。因为对于任何观测者而言，光速都是这个值，光速是不变的。
那么为什么说超光速下，爱氏的理论是错误的？再思考一分钟，你再往下看。
其实准确的理解应该是深刻的，而不是数字上的。在超光速下，光速自然不是不变的，也就是对于不同的观测者光速不同。光速不变性原理不存在，爱氏理论自然就不攻自破了。
那么我再来升级一下问题，100年后所测的光速值，比现在光速快10米每秒，此时爱氏的理论正确吗？
你不用思考一分钟了，直接回答吧。答案是：爱氏的理论依然正确。
如果你看了我《变化》中关于光速，空间，物质的概述，没有领会到这一点，你白看了。
而且上面也说了，不要追求数字上的理解，去追求本质上的理解。100年后，光速值比现在增加10米，如果是对所有观测者而言的，那么理论依然就是正确的！
好了，你有问题要提问吗？提问给你5分钟时间，你来提问。而且你必须提问。没有问题，你就没有看清楚我上面所说的事情。
好吧，没有时间等你了。但肯定有聪明的朋友会问：“你说了什么啊！上面说光速不变，现在说100年后光速值比现在每秒快10米，你不自打脸吗？赶紧回家，别丢人了！这么弱智的问题，你都想不到！”
各位，这位同学说的话粗糙了点，但理确实不粗糙，很细。哈哈，我有种想笑的感觉，突然觉得之前写的好多篇章，还是太严肃了。课堂气氛不行。
现在该怎么回答这个同学的提问，你能替我回答一下吗？所以再返回来，再看一遍光速不变原理：光速不变原理是指真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。
哈哈，这已经是第三次让大家看这个概念了。你现在应该终于体会到我为什么想
笑了。就一个写的明明白白的原理，怎么理解起来，那么费劲呢！
好了，看看关键词吧：真空中，光速，任何观测者，相同。我列出了我认为是关键词的四个词。
在你要分析我给你列出的这四个关键词时，我要告诉你分析它们能让你开始怀疑人生。别问我怎么知道的，我就怀疑过！
1、真空中，这是环境要求，条件。这里面也包含一个定理，估计包括我在内的所有人都赞同。那就是“真空不空。”至于怎么个不空法，在这篇文章中就没法细说了，篇幅有限。但大概就是退相干性理论，时空微扰理论。这个我在《见微知著》中后面的一些篇幅中谈论过。
2、光速。就两个字，包含很多。光速是一个数值，表述的时候，我们会说每秒多少米。发现问题没？也就是影响光速的定义里，必然包含米的定义，秒的定义。其实在1983年之前，光速的测定值都是不严格确定的。
为了让大家知道这个事情，还是读读下面文字：20世纪下半叶，光速的测量准确度随着谐振腔和激光干涉仪的发展而不断地提升。另一方面，更精确的米和秒
的定义也陆续被认可。
1950年，路易斯·艾森用谐振腔所得出的光速值为299,792.5±1 km/h。这在1957年的第12届无线电学联合会大会上得到采纳。1960年，米被重新定义，基础是氪-86的某个谱线的波长。1967年，秒也被重新定义，基础是铯-133基态的超精细跃迁频率。
1972年，位于美国科罗拉多州波德的国家标准技术研究所利用激光干涉法测定光速，得出c = 299,792,456.2±1.1 m/s，其精度比之前的测量高100倍。剩余的不确定性主要来自米定义上的不确定性。
由于类似的实验也得出相近的光速值，所以1975年的第15届国际计量大会建议把299,792,458 m/s作为光速的数值。
1983年的第17届国际计量大会结果发现，通过测量频率并固定某一特定光速值所得出的波长比此前的长度单位定义更具有可重复性。大会保留了1967年的秒定义，使铯的超精细频率成为秒和米两个单位的定义基础。米的定义改为：“1?299,792,458秒内光在真空中所运行的距离。”
在这一定义下，光速的准确值就会固定在299,792,458 m/s，光速也成了国际单位制所定义的常数之一。
在重新定义之前，更准确的测量会使光速值变得更为精确；但在1983年以后，对氪-86以及其他光源的更准确测量不会再改变现有的光速值，而是会增加米单
位的精确度。
好了，这个简单内容，对于很多人而言，是枯燥的。但大概意思大家应该懂了。就是说光速的定义不是那么简单的，也牵涉到米和秒的定义。
3、任何观测者。就是指任何客观存在的人和物。
4、相同。这个概念不解释，也无法解释。解释起来，也够让我怀疑人生！
好了，这就是关于光速不变原理四个关键词的分析。你有问题吗？
算了，我直接问吧。这四个关键词重要吗？肯定重要，但最重要的问题是光速的本质是什么？本质是什么！
我在《变化》中回答过这个问题。在这里不分析，直接说思路。光速的本质：光速【真空】是一种时空束缚态，光速为定值是时空使然。也就是时空告诉物质如何运动，这种运动就包含了以多大速度运动。光是物质，自然就遵从时空规律。
更具体的的来说是真空磁导率和介电常数，引力场共同决定了光的速度。
可是我为什么要说100年后如果光速测量值，比现在增加了10米，相对论依然是正确的。
其实说100年增加10米，有点夸大，但不是不妥。10米和1米，0.1米，在这
里的性质是一样的。
那我再问你，10米和一百万亿分之一1米在这里的性质一样吗？各位是不一样的。现在给出的光速定值299,792,458 m/s，一定是确定的吗？没有一百万亿分之1米的差吗？也就是我说现在的光速值是299,792,458.000000000000000000000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000001.对吗？肯定是对的，没有人敢否定这个误差，即使现在国际协议规定它是定值。
各位我在说什么？我再给你们说性质问题！可是增加了1米，变成299,792,459，那么谁都敢说，你这个和原来的不一样。
所以问题就清楚了，我要解释为什么100年后光速变成了299,792,459，增加了1米，我还认为相对论是成立的。
因为宇宙中唯一不变的就是变化，我在《变化》序言中就写道了这句话。我一直也将这个思路贯穿整本书。
而且宇宙是非线性波动的，也是开放性的。即宇宙不是一成不变的，那么光速是一种宇宙时空束缚态，宇宙发生了缓慢的变化，光速出现变动，而且必须是全域性的变动，那么对于我们而言，光速就是不变的。
也就是说时空束缚态有了松动，光速会增加，以我们无法察觉的形式有了变化。也就是光速不变原理是成立的，对于任何观测者而言，光速是一样的。
我觉得必须给你们一个案例，你们才能更好的理解。我们知道河槽宽的地方，河流流速缓慢，而河槽窄的地方，河流流速较快。等量的河水，我让河槽窄的地方，比原来窄上100万亿分之1米，那么窄的地方河流的流速有变化吗？理论上有变化，可是实际呢？实际是没有变化的，因为这样微小的变化，至少人类是无法测量出来的。
而宇宙更是庞大无穷时空体系，我这样解释，你懂了吗？仔细考虑一下。
所以从宇宙角度来说，光速是可变的，但光速不变原理却是成立的。因为光速不会今天是这个速度，明天是那个速度。要深刻理解光速不变原理。
还有一点我强调一下，因为害怕大家有惯性思维，就想不到这点。比如100年光速的测量值，比现在慢了0.1米，那么相对论成立吗？
很显然是成立的！所以有“超光速”的概念，就一定要有“慢光速”概念。可是大家都没有意识到这点。快和慢当然都是相对于“现在的光速”而言的。
还有一点再强调一下，很多科学家认为，宇宙大爆炸开始时候，光速比现在快。你一定看到过这样的新闻和科普知识，但你听过他们怎么解释吗？去搜一下。
哈哈，去搜了吗？你会发现，你其实没有搜到任何东西。对于这个问题解释，科学家无能为力的原因太多了。宇宙自身的膨胀速度大于光速，说明什么？说明宇宙膨胀的速度是大于光速吗？
宇宙自身膨胀的速度大于光速，肯定是以现在的光的速度而言的，至于几百亿年前宇宙爆发时候，光速是多少？我们其实很难知道了。但我在我的书中提到过，我其实是反对大爆炸理论的，至少持高度怀疑态度。原因也是出于上述原因。承认大爆炸理论，就必须承认那个时候，相对论不管用。这仅仅是其一。更多的大家思考一下吧。也可以去看看我之前的文章。
很多人可能会骂我，当然已经有人骂过我了。不过也有人夸我的。我很有自知之明，我不是傻x，也不是天才，我只是思考你们不常的思考的问题，我将我思考的答案写出来。当然我不能保证这些思考都是对的，有价值的。我能力，学历很有限。确实博士生随便几个问题抛过来，我就傻眼了。
等等，好像有点跑题了，继续回到论述中来。
我不知道爱氏在做出这个原理判断时候，是否也考虑了我想过的问题。他是否问过自己：“光速的本质是什么？”
好了，关于等效原理等，其实也值得深入分析。你分析一下吧。看看有什么值得分析的地方。
接下来是介绍爱氏创立狭义相对论和广义相对论的介绍了，介绍就意味着我要保持它的原汁原味了。
早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。
17世纪的笛卡尔和其后的克里斯蒂安·惠更斯首创并发展了以太学说，认为以太就是光波传播的媒介，它充满了包括真空在内的全部空间，并能渗透到物质中。与以太说不同，牛顿提出了光的微粒说。
牛顿认为，发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流，粒子流冲击视网膜就引起视觉。18世纪牛顿的微粒说占了上风，到19世纪，却是波动说占了绝对优势。这短历史我在《见微知著》中写的很详细了。
以太学说发展，人们认为：波的传播需要媒质，光在真空中传播的媒质就是以太。与此同时，电磁学得到了蓬勃发展，经过麦克斯韦、赫兹等人的努力，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学，并从理论与实践上证明光就是一定
频率范围内的电磁波，从而统一了光的波动理论与电磁理论。
以太不仅是光波的载体，也成了电磁场的载体。直到19世纪末，人们企图寻找以太，然而从未在实验中发现以太，相反，迈克耳逊莫雷实验却发现以太不太可能存在。
电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程时却发现，与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是一个恒量；然而按照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同。也就是麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖！
爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。他认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。
他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。
爱氏喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收营养，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。在“奥林匹亚科学院”时期对大卫·休谟对因果律的普遍有效性产生的怀疑，对爱因斯坦产生了影响。
相对性原理已经在力学中被广泛证明，在电动力学中却无法成立，对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致，爱因斯坦提出了怀疑。他认为，相对性原理应该普遍成立，因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式，但在这里出现了光速的问题。
光速是不变的量还是可变的量，成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太，也就是相信存在着绝对参照系，这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。
19世纪末，马赫在所著的《发展中的力学》中，批判了牛顿的绝对时空观，这给爱因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。我在《变化》在讨论惯性的时候，也引述马赫原理。所以马赫这个对爱氏的启发是很大的。
突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找
到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。
1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。
爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。
牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动，在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理，在他看来，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。
在这篇文章中，爱因斯坦没有讨论将光速不变作为基本原理的根据，他提出光速不变是一个大胆的假设，是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。
什么是同时性的相对性？不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢？一般来说，我们会通过信号来确认。为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度，但如何测出这一速度呢？我们必须测出两地的空间距离以及
信号传递所需的时间，空间距离的测量很简单，麻烦在于测量时间，我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟，从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。但我们如何知道异地的钟对好了呢？
答案是还需要一种信号。这个信号能否将钟对好？如果按照先前的思路，它又需要一种新信号，这样无穷后退，异地的同时性实际上无法确认。不过有一点是明确的，同时性必与一种信号相联系，否则我们说这两件事同时发生是无意义的。
大家体会到这个概念的重要了吗？我在上面的各种提问，其实已经够深入了。
相对论认为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题，运动速度都是很低的（与光速相比），看不出相对论效应。
爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式：E=mc^2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。以上就是爱氏狭义相对论的创立过程。
再来说说爱氏广义相对论的建立：
1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后（即《论动体的电动
力学》），并没有立即引起很大的反响。但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推动，相对论很快成为人们研究和讨论的课题，爱因斯坦也受到了学术界的注意。
1912年，爱因斯坦在联邦工业大学当上了教授，1913年，应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。
在此期间，爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广，对于他来说，有两个问题使他不安。
第一个是引力问题，狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的，但是它不能解释引力问题。牛顿的引力理论是超距的，两个物体之间的引力作用在瞬间传递，即以无穷大的速度传递，这与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突。
第二个是非惯性系问题，狭义相对论与以前的物理学规律一样，都只适用于惯性系。但事实上却很难找到真正的惯性系。从逻辑上说，一切自然规律不应该局限于惯性系，必须考虑非惯性系。
狭义相对论很难解释所谓的双生子佯谬，该佯谬说的是，有一对孪生兄弟，哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行，根据相对论效应，高速运动的时钟变慢，等哥哥回来，弟弟已经变得很老了，因为地球上已经经历了几十年。而按照
相对性原理，飞船相对于地球高速运动，地球相对于飞船也高速运动，弟弟看哥哥变年轻了，哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题简直没法回答。实际上，狭义相对论只处理匀速直线运动，而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程，这是相对论无法处理的。正在人们忙于理解相对狭义相对论时，爱因斯坦正在继续完成广义相对论。
1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。
他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中，这是解释等效原理最常用的说法，而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。
直到1915年11月，爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文，在这四篇论文中，他提出了新的看法，证明了水星近日点的进动，并给出了正确的引力场方程。至此，广义相对论的基本问题都解决了，广义相对论诞生了。
1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将只对于惯性系物理
规律同样成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。
爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，20年代，天文学家在天文观测中证实了这一点。
广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转，最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。
英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的。会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。
爱因斯坦的相对论
篇名 愛因斯坦的相對論 作者 郭展嘉。國立虎尾高中。一年三班申建霖。國立虎尾高中。一年三班李憲昌。國立虎尾高中。一年三班
在我們的國中階段物理化學課已經學到了不少科學家與物理學家，上了高中之後，我們最常聽到的物理學家的名字就是屬於「愛因斯坦」了! 因為他的相對論造成了革命性的變化〈至今還沒有人能夠推翻他的學說〉，也是因為之前有人想解剖他的腦袋做觀察他為什麼會那麼地聰明，所以引發我們想了解他的動機；也剛好有這個小論文的機會所以我們國文老師指派了一個任務給我們班所有人，藉著這次機會我開始和組員一起開始對愛因斯坦做了更深入的研究。 貳●正文 一.愛因斯坦生平簡介 01.1902年任職於瑞士專利局，工作乏味，下班後在家中進行自已所喜 歡的研究。 02. 在他26歲時，也就是1905年，愛因斯坦共計發表了3篇論著{光電效應、分子論的布朗運動、電力學的相對論}，其中第二篇光電效應使他在1921年榮獲諾貝爾物理獎。最引人注目的是他所提出相對論的質量和能量的關係，這兩者是一體的兩面，可以互相轉換，這導致核能的實現(質量的損失可以轉變成能量)。 03. 1912年秋天愛因斯坦回瑞士母校任教，他的座右銘為「研究的目的在追求真理」，時常告誡學生不要選擇輕鬆的途徑。 04. 在一九一五年十一月四日向柏林科學院提出有名的「廣義相對論」。其中曾斷言太陽的重力場會使通過太陽附近的星光彎曲，但是平常陽光太強無法觀測。按照當時一般的看法，光既非物質點所組成，在太陽的重力場裏，光理應以直線進行，不應該受到太陽的影響。愛因斯坦不尋常的主張自然引起了爭論，幸好愛因斯坦的理論終於找到了個試驗的機會。 05. 1938年德國在希特勒統治下已經發現以中子撞擊鈾會產生核分裂 的現象。美國科學家乃上書羅斯福總統，由愛因斯坦具名簽署，信中建議展開鈾實際用途的研究，終於研製出核武器。第二次世界大戰戰後愛因斯坦倡議原子能的和平用途，阻止戰爭的再發生。為本世紀的科學巨人。〈註一〉
爱因斯坦用相对论解释一切,这事恰好发生在 100 年前
爱因斯坦用相对论解释一切，这事恰好发生在 100 年前 纽约普林斯顿电 – 直到 1915 年的秋天时，阿尔伯特·爱因斯坦的脾气都还有点儿坏。 怎么能不坏呢？在那之前，德国发动了一场带来巨大损失的世界大战，而他在柏林的大部分同事都在为此欢呼——这让他觉得很恶心。他那时已经和妻子离了婚，前妻带着他的儿子跑去了瑞士。 他一个人住。他的朋友雅诺什·普雷施（Janos Plesch）曾经说：“他会睡到自然醒，有人让他去睡的时候他才去睡、有人给他吃的他才会觉得饿，然后他就会一直吃到有人让他停下来为止。” 更糟糕的是，他在自己新想出来的重力理论里发现了一个致命的缺陷，而就在几年前，当这个理论提出时，得到了很多赞扬。现在，他不再是这个领域的领军人物了，德国数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert）在这个领域一直对他盯得很紧。 所以爱因斯坦走回了黑板前。1915 年 11 月 25 日，他最终确定了统治着宇宙的那个等式。它就像维京人的字母一样紧凑而神秘，把时空描述成了一张松软的床垫，而物质和能量就像是一个怎么也睡不醒的人，把宇宙空间弄弯了，从而形成了被我们称为重力的效应，迫使光束、大理石还有下落的苹果在穿越空间时，走出了一条弯曲的路径。
图片来源：Chad Hagen 这就是广义相对论（general theory of relativity）。在科学写作中，这是一种标准修辞格，它指的是某种改变了我们对空间和时间的理解的理论或者实验。广义相对论的确是这样一种理论。 自科学革命兴起、牛顿发现重力以来，科学家和哲学家都曾把时空看作一种舞台，各种物质和能量都是演员，在上面阔步行走。 而有了广义相对论以后，舞台本身突然一跃、动了起来。时空可以被弯曲、折叠，还能围绕着一个死去的恒星把自己卷起来、消失在黑洞里。它会像圣诞老人的肚子一样晃动，并辐射出一波又一波的引力压缩，就像料理机里的面团一样形成旋涡。它甚至能够破裂。它能被拉伸，也能长大，而在时间终结或者开始时，它也能崩塌成质量无限大的一个小点儿。 在接下来的一整年里，科学家们都在庆祝广义相对论的发现，在爱因斯坦度过了生命中最后 22 年的普林斯顿高等研究院（Institute for Advanced Study）也是一样。在那里，11 月，科学家们聚在了一起，回顾了过去一个世纪的重力研究，并观看了小提琴家约书亚·贝尔（Joshua Bell）和布莱恩·格林（Brian Greene）的表演——格林是哥伦
狭义相对论和广义相对论
要了解狭义相对论和广义相对论的区别，我们首先要搞清楚，这两个理论大概说了什么？ 狭义相对论 我们先从狭义相对论说起，其实狭义相对论解决了一个物理学的重大矛盾。在爱因斯坦之前，最成功的两个理论分别是牛顿提出的牛顿力学和麦克斯韦提出麦克斯韦方程。只不过，这两个理论有个矛盾，那就是：光速。 具体来说，牛顿的理论认为，速度可以不断地进行叠加，没有上限，只要你加得上去就行。可是，麦克斯韦方程得出的光速是一个固定值，似乎暗示着光速无论在什么惯性坐标系下都是一样的。要知道，我们在使用牛顿力学时，是需要先选定参考坐标的。因此，科学家就在思考，是不是存在一个奇怪的坐标系，让光速一直保持一个速度，它们管这个叫做以太。于是，一群科学家就拼了命地去找“以太”，然后他们接二连三地失败了。 后来，26岁的爱因斯坦提出了狭义相对论。
有人说他高举了奥卡姆剃刀原理才成功的，这个奥卡姆剃刀原理大意是：如无必须勿增实体。翻译过来就是，咋简单咋来。既然光速是不变的，那为啥还要假设“以太”？ 于是，爱因斯坦就以“光速不变原理”和“相对性原理”为基础假设，推导出了狭义相对论。这个过程就有点像平面几何，就只有五条公设，但是能搞出一整套体系。而这里的相对性原理，说白了就是经典物理学的老套路，在研究运动时，需要先选个惯性参考系。 通过这两条假设，爱因斯坦出了很多奇葩的结论，比如：时间膨胀。说的是，如果你想对于我高速运动，那我看你的时间就会变慢，这种变慢可以理解成，如果你在高速的飞船里做操，那我这里看到的就是你在慢动作做操。而你自己其实感觉到的时间是正常流逝。所以，是以我参考系看你时间膨胀了。如果你也 看到，你也会发现我的时间也变慢了，因为我想对于你也是在高速运动的。
爱因斯坦讲的相对论的故事读后感
爱因斯坦讲的相对论的故事读后感 导读：爱因斯坦讲的相对论的故事读后感1 同学们，你们都知道伟大的物理学家爱因斯坦吧！那肯定也听说过他那伟大的相对论理论。众所周知，相对论是由伟大的科学家爱因斯坦创立的，分成广义相对论和狭义相对论。 而相对论是关于时空和引力的基本理论，在大学的物理学科才有所涉及，那些深奥的理论是不是已经让你望而却步了呢？别，请走上前来，看看这本书——云南教育出版社出版的《爱因斯坦讲的相对论的故事》，跟伟大的爱因斯坦一起走上“相对论”的旅途吧！ 记得小学一年级时，一位老师告诉过我，按照相对论，如果人类能够发明比光还快的机器就能够穿越时空，回到古代社会。如果找到虫洞，并且能够放大、移动虫洞的位置，就可以去往未来。多么神奇！ 一直以来，我就对相对论很感兴趣。可惜，妈妈帮我找到的资料都很难懂，不过这本书可非常有趣，让我爱不释手。因为深入浅出是这本书的特色，高深的理论知识在一个个简单常见的例子中变得简单明了，虫洞、黑洞、时间机器等不再是一个个枯燥无味的词语。即使你是一个物理零基础的孩子，只要用心读这本书。相信它也会让你“赖”上物理，爱上科学！ 这本书分成九课，都是以爱因斯坦为主讲老师，给孩子讲课的形式来给我们传播知识的。 分别是第一课什么是速度？
第二课光的速度不会变？ 第三课能够到达未来吗？ 第四课对于运动中的人来说，距离变短了。 运动会使物体的重量发生变化。 宇宙是什么样的呢？ 地球拉住了布娃娃。 重力使光线变得弯曲。 能够吸引一切的黑洞。其中我最感兴趣的是第九课，因为读了这一章节之后，我解开了一直藏在心里的谜团——为什么地球没有被虫洞吸进去。 这是因为：重力越大吸引力也越大，黑洞是一个拥有巨大重力的天体，到了黑洞附近，任何物体都逃脱不了它那强大的吸引力。那么为什么地球还依然存在呢？因为，虽然宇宙里有很多黑洞，但是那些黑洞只能吸引一定距离内的物体，距离越远，黑洞的引力就越小。也就是说，地球是位于黑洞的边界线之外，所以它不会被黑洞吸进去。哈哈，可真有趣。 爱因斯坦说过：学习知识要善于思考，思考，再思考。我就是靠这个方法成为科学家的。我们小学生也要通过阅读，思考，让自己有更多的收获。即使不能成为科学家，也可以丰富自己的学识，让有趣的科学知识伴我们成长。大家一起来读书吧！ 爱因斯坦讲的相对论的故事读后感2
爱因斯坦和他的相对论爱因斯坦的相对论说明了什么
爱因斯坦和他的相对论爱因斯坦的相对论说明了什么 爱因斯坦是本世纪的一位伟大的科学家。他在统计物理学、量子理论、辐射量子理论方面作出了杰出贡献。他建立的相对论，标志着现代物理学的诞生，对物理学、现代科学技术和现代哲学思想带来了革命性的影响。列宁称他为“伟大的自然科学革新家”。 学习、思考、勤奋的一生 1879年3月14日，阿耳伯特·爱因斯坦生于德国乌尔姆一个犹太人的家庭。 爱因斯坦小时并不显得很聪明，但却很爱动脑筋。五岁时，父亲送给他一个指南针，他玩得入了迷，无论怎么颠来倒去地摆弄它，小针总是指着一个方向，他沉思着这里必然隐藏着自然界的奥秘。爱因斯坦的小学、中学是在慕尼黑上的，学习成绩并不好。他十分讨厌当时德国的教育制度，提倡死记硬背拉丁文和希腊文的文法规则，填鸭式的教育方法。他爱好独立思考，渴望探索自然界的奥秘。 爱因斯坦十五岁时，跟随父母迁居到意大利的米兰。不久又进入瑞士阿劳中学学习。这里的学风和慕尼黑市大不相同，着重培养学生的独立思考能力和工作能力，自由空气很浓，学生不必死记硬背。学校有许多小实验室，摆着许多实验仪器和标本，学生可 __地去做
实验。这样的学习环境对爱因斯坦来说真是太好了。他在这里学习了一年，取得中学毕业证书后，未经考试进入了当时中欧一带著名的大学——苏黎世工科大学师范系学习物理。 爱因斯坦在大学里也不是一个优等生。他对一些学科不感兴趣，考试成绩较差，而把全部精力都化在钻研有兴趣的数学和物理学上。他喜欢在实验室里工作，同实验直接打交道。他对当时大学物理教学内容的落后状况，对教授只讲一些应用性的物理原理，对自然现象缺乏探索精神，很不满意。爱因斯坦只得坚持勤奋的自学，来不断增长自己的科学知识。 1900年夏天，爱因斯坦大学毕业。1902年，在一位朋友的帮助下，进了伯尔尼瑞士专利局工作。他的任务是负责对申请专利权的各种发明创造提出审查意见。这一工作使他有机会能接触到许多新的思想和有趣的意见，培养了能够迅速抓住事物本质的不寻常的能力，这对他的物理思想也有重大的激励作用。他白天工作，晚上和假日研究感兴趣的物理问题。1905年，他获得了惊人的突破。一年之内，连续发表了有关布朗运动、量子理论和相对论三篇划时代的论文，这三项重大成就奠定了现代物理学的基础。这在自然科学史上是独一无二的。
广义相对论的理解
11、广义相对论的几 个疑难问题 1、暗物质的本质：现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量。但是它们的起源仍然是个谜。我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%，各种测算方法都证实，宇宙的大部分是不可见的。要说宇宙中仅仅就是暗色尘云和死星体是很容易的，但已发现的有力证据说明，事实并非如此。正是对宇宙中未知物质的寻找，使宇宙学家和粒子物理学家开始合作，最有可能的暗物质成分是中微子或其它两种粒子：neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据认为，这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光， 但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。 天文学家已经证明：宇宙中的天体从比我们银河系小100万倍的星系到最大星系团，都是由一种物质形式所维系在一起的，这种物质既不是构成我们银河系的那种物质，也不发光。这种物质可能包括一个或更多尚未发现的基本粒子组成，该物质的聚集产生导致宇宙中星系和大尺寸结构形成的万有引力。同时，这些粒子可能穿过地面实验室。 美国能源部LANL实验室的液体闪烁体中微子探测器、加拿大Sudbury中微子观测站和日本超级神冈加速器实验的最新结果给出 有力的证据：中微子以各种形式“振荡”，因此必定会具有质量。虽然质量很小，但宇宙中大量的中微子加起来可使总的质量达到相当高。美国费米国家实验室新的加速器实验MiniBooNE和MINOS将研究中微子震荡和中微子质量。 尚未发现的其它粒子有可能存在，例如一种称为超对称的新对称理论预言有一种大的新类型的粒子，其中有些可解释暗物质。现正在费米实验室TeV能级加速器进行的和计划在CERN正建造的大型强子对撞机（LHC）上开展的实验，以及地下低温暗物质寻找和空间利用伽马射线大面积天体望远镜所进行的实验，目的都是要寻找超对称粒子。 阿尔法磁谱仪（AMS）安装在国际空间站上，寻找反物质星系和
爱因斯坦提出狭义相对论的论文
ON THE ELECTRODYNAMICS OF MOVING BODIES By A. Einstein June 30, 1905 It is known that Maxwell's electrodynamics--as usually understood at the present time--when applied to moving bodies, leads to asymmetries which do not appear to be inherent in the phenomena. Take, for example, the reciprocal electrodynamic action of a magnet and a conductor. The observable phenomenon here depends only on the relative motion of the conductor and the magnet, whereas the customary view draws a sharp distinction between the two cases in which either the one or the other of these bodies is in motion. For if the magnet is in motion and the conductor at rest, there arises in the neighbourhood of the magnet an electric field with a certain definite energy, producing a current at the places where parts of the conductor are situated. But if the magnet is stationary and the conductor in motion, no electric field arises in the neighbourhood of the magnet. In the conductor, however, we find an electromotive force, to which in itself there is no corresponding energy, but which gives rise--assuming equality of relative motion in the two cases discussed--to electric currents of the same path and intensity as those produced by the electric forces in the former case. Examples of this sort, together with the unsuccessful attempts to discover any motion of the earth relatively to the ``light medium,'' suggest that the phenomena of electrodynamics as well as of mechanics possess no properties corresponding to the idea of absolute rest. They suggest rather that, as has already been shown to the first order of small quantities, the same laws of electrodynamics and optics will be valid for all frames of reference for which the equations of mechanics hold good.1 We will raise this conjecture (the purport of which will hereafter be called the ``Principle of Relativity'') to the status of a postulate, and also introduce another postulate, which is only apparently irreconcilable with the former, namely, that light is always propagated in empty space with a definite velocity c which is independent of the state of
爱因斯坦创建狭义相对论的思想发展
爱因斯坦创建狭义相对论的思想启示 12级物理一班段延波1207020016 在《物理学史》6.2节，我们学习了爱因斯坦创建狭义相对论的经过。而在爱因斯坦创建狭义相对论的过程中，最令我在意的还是爱因斯坦的思想发展，所以，我查阅了文献资料，研究学习了爱因斯坦在创建狭义相对论的过程中的思想，特在此进行简短阐述。 一、善于提问与不畏权威 阿尔伯特爱因斯坦小时候并不写的才华出众，直到五岁话还说不清楚，曾被医生认为发育不正常，不过他很爱思考，总是像大人盘问“为什么？”有强烈的求知欲和好奇心。例如四五岁时就对罗盘发生过浓厚兴趣，“为什么罗盘的指针总是指向南北，这里一定有什么东西深刻的隐藏在事物后面”爱因斯坦后来回忆时这么说。12岁时他对几何定理的神奇也深有触动。例如他曾想到，“三角形的三个高交于一点，虽然不是显而易见，却可以可靠地加以证明，以至于任何怀疑似乎不可能”他说“这种明晰性和可靠性给我造成了一种难以形容的印象。” 正是源于这种对世界和学问的好奇与质疑, 促使爱因斯坦如饥似渴地读书, 天马行空地思考问题。 爱因斯坦不喜欢当年德国的教育制度，中学没有毕业就退学在家自学，16岁通过自学掌握了微积分，在爱因斯坦的学习阶段，15岁的爱因斯坦放弃德国国籍，居家迁居意大利，后只身到瑞典的苏黎世，目的是上那里的联邦工业大学，却因不善记忆而没有录取，后来转学到阿劳（Aaeau）中学补习功课。他在自述中写道，“这所学校以他的自由精神和那些毫不依赖外界权威的教师们的淳朴热情，给我留下了难忘的印象”。 “在阿劳这一年中，我想到这样一个问题：倘若一个人以光速跟着光波跑，那么它就处在一个不随时间而改变的波场，但看来不会有，样的事情！这是从狭义相对论有关的第一个朴素的思想实验。”[ 3] 正是这种对事物的好奇和对人类已有知识的质疑, 造就了爱因斯坦, 成为他不断追求科学创新的内在动力, 引导他提出和解决前人不可能提出和解决的问题。
爱因斯坦广义相对论
爱因斯坦广义相对论 广义相对论是爱因斯坦继狭义相对论之后，深入研究引力理论，于1913年提出的引力场的相对论理论。这一理论完全不同于牛顿的引力论，它把引力场归结为物体周围的时空弯曲，把物体受引力作用而运动，归结为物体在弯曲时空中沿短程线的自由运动。因此，广义相对论亦称时空几何动力学，即把引力归结为时空的几何特性。 如何理解广义相对论的时空弯曲呢？这里我们借用一个模型式的比拟来加以说明。假如有两个质量很大的钢球，按牛顿的看法，它们因万有引力相互吸引，将彼此接近。而爱因斯坦的广义相对论则并不认为这两个钢球间存在吸引力。它们之所以相互靠近，是由于没有钢球出现时，周围的时空犹如一张拉平的网，现在两个钢球把这张时空网压弯了，于是两个钢球就沿着弯曲的网滚到一起来了。这就相当于因时空弯曲物体沿短程线的运动。所以，爱因斯坦的广义相对论是不存在“引力”的引力理论。 进一步说，这个理论是建立在等效原理及广义协变原理这两个基本假设之上的。等效原理是从物体的惯性质量与引力质量相等这个基本事实出发，认为引力与加速系中的惯性力等效，两者原则上是无法区分的；广义协变原理，可以认为是等效原理的一种数学表示，即认为反映物理规律的一切微分方程应当在所有参考系中保持形式不变，也可以说认为一切参考系是平等的，从而打破了狭义相对论中惯性系的特殊地位，由于参考系选择的任意性而得名为广义相对论。 我们知道，牛顿的万有引力定律认为，一切有质量的物体均相互吸引，这是一种静态的超距作用。 在广义相对论中物质产生引力场的规律由爱因斯坦场方程表示，它所反映的引力作用是动态的，以光速来传递的。 广义相对论是比牛顿引力论更一般的理论，牛顿引力论只是广义相对论的弱场近似。所谓弱场是指物体在引力场中的引力能远小于固有能，力场中，才显示出两者的差别，这时必须应用广义相对论才能正确处理引力问题。 广义相对论在1915年建立后，爱因斯坦就提出了可以从三个方面来检验其正确性，即所谓三大实验验证。这就是光线在太阳附近的偏折，水星近日点的进动以及光谱线在引力场中的频移，这些不久即为当时的实验观测所证实。以后又有人设计了雷达回波时间延迟实验，很快在更高精度上证实了广义相对论。60年代天文学上的一系列新发现：3K微波背景辐射、脉冲星、类星体、X射电源等新的天体物理观测都有力地支持了广义相对论，从而使人们对广义相对论的兴趣由冷转热。特别是应用广义相对论来研究天体物理和宇宙学，已成为物理学中的一个热门前沿。 爱因斯坦一直把广义相对论看作是自己一生中最重要的科学成果，他说过，“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的，问题已经成熟。但是我认为，广
爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》
狭义与广义相对论浅说 爱因斯坦 .
第一部分狭义相对论·············································································································· ····································································································································································································································· ················································································································································································································· ······································································································· ················································································· ····································································· ············································································································ ············································································································ ························································································································································································································· ··························································································· ······················································································· ······································································································· ··························································································· ······································································································· ··································································································· ·········································································································· ························································································································································································································· ········································ ····························· ······················································································· ·························································································································································································· ················································ ······················································ ······················································································· ···································································· ··················································································· ··················································································· ···························································· ····················································································································································································································· ······························································································· ··············································································· ······························································································· ····························································································· ····················································································· ····························································································· ······································································· (4) 1．几何命题的物理意义 4 2．坐标系 5 3．经典力学中的空间和时间7 4．伽利略坐标系8 5．相对性原理（狭义）8 6．经典力学中所用的速度相加定理10 7．光的传播定律与相对性原理的表面抵触10 8．物理学的时间观12 9．同时性的相对性14 10．距离概念的相对性15 11．洛伦兹变换16 12．量杆和钟在运动时的行为19 13．速度相加定理斐索实验20 14．相对论的启发作用22 15．狭义相对论的普遍性结果22 16．经验和狭义相对论25 17．闵可夫斯基四维空间27 第二部分广义相对论29 18．狭义和广义相对性原理29 19．引力场31 20．惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据32 21．经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意34 22．广义相对性原理的几个推论35 23．在转动的参考物体上的钟和量杆的行为37 25．高斯坐标41 26．狭义相对论的空时连续区可以当作欧几里得连续区43 27．广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区44 28．广义相对性原理的严格表述45 29．在广义相对性原理的基础上解引力问题47 第三部分关于整个宇宙的一些考虑49 30．牛顿理论在宇宙论方面的困难49 31．一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性50 32．以广义相对论为依据的空间结构53 附录54 一、洛伦兹变换的简单推导54 二、闵可夫斯基四维空间（“世界”）57 三、广义相对论的实验证实58 （1）水星近日点的运动59 （2）光线在引力场中的偏转60 （3）光谱线的红向移动62 四、以广义相对论为依为依据的空间结构64 五、相对论与空间问题65
爱因斯坦的相对论及其哲学思想
南京航空航天大学 课程名称：自然辩证法 论文题目：爱因斯坦的相对论及其哲学思想 学生姓名：陆想想 班级学号：SX1203225 学科名称：生物医学工程 2012年12月22日
爱因斯坦的相对论及其哲学思想 陆想想 （南京航空航天大学生物医学工程系，江苏省南京市 210016） 摘要：在物理学的发展史上，曾经出现电磁场理论与牛顿力学经典理论相矛盾的情况，众多物理学家坚持牛顿力学是权威，不可能有错，爱因斯坦则选择修改牛顿力学，最终导致相对论的产生。本文介绍了爱因斯坦创立狭义相对论的历史背景，阐述了相对论的历史意义，以及相对论所展现的哲学思想。 关键词：爱因斯坦；相对论；哲学； 0引言 19世纪下半期，麦克斯韦的电磁场理论(包括光波是电磁波的理论)在实验上得到了确认。当时，在物理学家的思想方法中，力学观点占有统治地位。因而一般认为电磁波(或光波)只有在介质中才能传播，并给传播电磁波（或光波）的介质取名为“以太”。但是以太的引入却使电磁场理论和相对性原 理之间出现了不可弥补的裂缝：力学相对性原理指出,所有的惯性系都是平权的；但是对引进了以太以后的电磁场理论来讲以太惯性系却是一个优越的 惯性系。如何解决相对性原理和电磁场理论之间存在的矛盾，物理学家们进行了积极的探索。 1相对论的创立 1.1物理学发展出现矛盾 1687年，牛顿的绝对时空与运动理论发表，牛顿力学以及伽利略变换统治了物理学两个多世纪。1864年，麦克斯韦建立了统一的电磁场理论——麦克斯韦方程组，由电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光波也是电磁波，提出了光的电磁学说，统一了电磁学和光学。1887年赫兹用实验证实了电磁波的存在，麦克斯韦电磁场理论取得了巨大成功。然而，电磁场的一些规律与牛顿力学理论相矛盾。此时，统治了两个多世纪的牛顿力学与伽利略变换遇到了困难。科学家们纷纷寻求解决困难的方法。 1.2拯救“以太”之路失败 大部分科学家认为，存在一种适用于力学但不适用于电动力学的相对性原理，在电动力学里存在着一个优越的惯性系，即“以太参考系”。相对于以太静止的参照系就是一种较之其它参照系具有 特殊优越性的“绝对参照系”，它对应着牛顿所讲的“绝对空间”。因此，为了拯救“以太”，科学家们进行了一系列探索研究。对双星现象、光行差现象的观察、分析以及斐索实验、迈克尔逊—莫雷实验，得到的结果是否定的，即以太参考系并不存在。 1.3爱因斯坦另辟蹊径 爱因斯坦则要通过修改牛顿力学，以一个既满足力学又满足电动力学的相对性原理来解决矛盾，这样一套理论就是狭义相对论。爱因斯坦在这个理论中，抛弃了以太，抛弃了绝对空间和绝对时间，从根本上改造了经典物理学，建立了一个新的物理学体系。爱因斯坦选择的是一条令其他物理学家望而生畏的道路。在19世纪末，几乎所有物理学家都认为，牛顿力学经受了几百年的考验，已成为全部物理学甚至是整个自然科学的基础，其正确是不容怀疑的。但是爱因斯坦恰恰就敢于把与旧时空观不相容的两个基本假设（相对性原理和光速不变原理）作为新理论的出发点，这充分表明爱因斯坦在科学探索中不迷信权威、敢于创新的精神。也可以说，爱因斯坦选择的是一条反传统的道路。 1.4狭义相对论的创立 1905年9月，爱因斯坦发表了《论动体的电动 力学》论文，标志着爱因斯坦创立了狭义相对论，使电磁场理论和经典力学得到了统一，开创了物理学的新纪元。 对牛顿力学成立的伽利略变换，在电磁学理论中不成立的原因，爱因斯坦认为是牛顿的绝对时间、绝对空间有问题。而且，爱因斯坦认为解决问题的关键是更改时间和同时性的定义。爱因斯坦明确地确定了时间和同时性的定义[1]。 爱因斯坦指出：“借助于某些（假想的）物理经验，对于静止在不同地方的各只钟，规定了什么叫做它们是同步的，从而显然也就获得了‘同时’和‘时间’的定义。一个事件的‘时间’，就是在这事件发生地点静止的一只钟同该事件同时的一
广义相对论习题
名词解释：——1）惯性系疑难 ——由于引力作用的普遍存在，任一物质的参考系总有加速度，因而总不会是真正的惯性系。在表述物理规律时惯性系占有特殊的优越地位，但自然界却不存在一个真正的惯性系。 2）广义相对性原理——所有参考系都是等价的（一切参考系都是平权的）。 3）史瓦西半径 ——史瓦西半径是任何具重力的质量之临界半径。在物理学和天文学中，尤其在万有引力理论、广义相对论中它是一个非常重要的概念。1916年卡尔·史瓦西首次发现了史瓦西半径的存在，他发现这个半径是一个球状对称、不自转的物体的重力场的精确解。 一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。 小于其史瓦西半径的物体被称为黑洞。在不自转的黑洞上，史瓦西半径所形成的球面组成一个视界。（自转的黑洞的情况稍许不同。）光和粒子均无法逃离这个球面。银河中心的超大质量黑洞的史瓦西半径约为780万千米。一个平均密度等于临界密度的球体的史瓦西半径等于我们的可观察宇宙的半径 公式2 2Gm r c = 4）爱因斯坦约定——对重复指标自动求和。 5）一阶逆（协）变张量—— 'x T T T T x α μμ μαμ?''→?=? （n 1 个分量） 6）二阶逆（协）变张量——''x x T T T T x x αβ μνμν μναβμν??''→?=?? （n 2个分量）
1）广义相对论为什么要使用张量方程？—— 将物理规律表达为张量方程，使它在任何参考系下具有相同的形式，从而满足广义相对性原理。 2）反称张量的性质？——(a)当任意两个指标取同样值时，张量的该分量为零。 (b)n 维空间中最高阶的反称张量是n 阶的，这张量只有一个独立分量。 (c)n 维空间中的n-1阶反称张量只有1n 个独立分量。 3）仿射联络的坐标变换公式？它是张量吗？ 4）仿射联络的性质？ 5）一阶逆（协）变张量协变微商的公式？;,T T T μμααλλμλ=+Γ ;,T T T λμνμνμνλ=-Γ
爱因斯坦：狭义和广义相对论浅说
狭义与广义相对论浅说 爱因斯坦著 目录 第一部分狭义相对论4 1．几何命题的物理意义4 2．坐标系5 3．经典力学中的空间和时间7 4．伽利略坐标系8 5．相对性原理（狭义）8 6．经典力学中所用的速度相加定理10 7．光的传播定律与相对性原理的表面抵触10 8．物理学的时间观12 9．同时性的相对性14 10．距离概念的相对性15 11．洛伦兹变换16 12．量杆和钟在运动时的行为19 13．速度相加定理斐索实验20 14．相对论的启发作用22 15．狭义相对论的普遍性结果22 16．经验和狭义相对论25 17．闵可夫斯基四维空间27 第二部分广义相对论29 18．狭义和广义相对性原理29 19．引力场31 20．惯性质量和引力质量相等是广义相对性公设的一个论据32 21．经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意34 22．广义相对性原理的几个推论35 23．在转动的参考物体上的钟和量杆的行为37 25．高斯坐标41 26．狭义相对论的空时连续区可以当作欧几里得连续区43 27．广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区44 28．广义相对性原理的严格表述45 29．在广义相对性原理的基础上解引力问题47 第三部分关于整个宇宙的一些考虑49
30．牛顿理论在宇宙论方面的困难49 31．一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性50 32．以广义相对论为依据的空间结构53 附录54 一、洛伦兹变换的简单推导54 二、闵可夫斯基四维空间（“世界”）57 三、广义相对论的实验证实58 （1）水星近日点的运动59 （2）光线在引力场中的偏转60 （3）光谱线的红向移动62 四、以广义相对论为依为依据的空间结构64 五、相对论与空间问题65 （1）场70 （2）广义相对论的空间概念73 （3）广义的引力论76
广义相对论 一个极其不可思议的世界
广义相对论一个极其不可思议的世界 谷锐译原文：Slaven 广义相对论的基本概念解释： 在开始阅读本短文并了解广义相对论的关键特点之前，我们必须假定一件事情：狭义相对论是正确的。这也就是说，广义相对论是基于狭义相对论的。如果后者被证明是错误的，整个理论的大厦都将垮塌。 为了理解广义相对论，我们必须明确质量在经典力学中是如何定义的。 质量的两种不同表述： 首先，让我们思考一下质量在日常生活中代表什么。“它是重量”？事实上，我们认为质量是某种可称量的东西，正如我们是这样度量它的：我们把需要测出其质量的物体放在一架天平上。我们这样做是利用了质量的什么性质呢？是地球和被测物体相互吸引的事实。这种质量被称作“引力质量”。我们称它为“引力的”是因为它决定了宇宙中所有星星和恒星的运行：地球和太阳间的引力质量驱使地球围绕后者作近乎圆形的环绕运动。 现在，试着在一个平面上推你的汽车。你不能否认你的汽车强烈地反抗着你要给它的加速度。这是因为你的汽车有一个非常大的质量。移动轻的物体要比移动重的物体轻松。质量也可以用另一种方式定义：“它反抗加速度”。这种质量被称作“惯性质量”。 因此我们得出这个结论：我们可以用两种方法度量质量。要么我们称它的重量（非常简单），要么我们测量它对加速度的抵抗（使用牛顿定律）。 人们做了许多实验以测量同一物体的惯性质量和引力质量。所有的实验结果都得出同一结论：惯性质量等于引力质量。 牛顿自己意识到这种质量的等同性是由某种他的理论不能够解释的原因引起的。但他认为这一结果是一种简单的巧合。与此相反，爱因斯坦发现这种等同性中存在着一条取代牛顿理论的通道。 日常经验验证了这一等同性：两个物体（一轻一重）会以相同的速度“下落”。然而重的物体受到的地球引力比轻的大。那么为什么它不会“落”得更快呢？因为它对加速度的抵抗更强。结论是，引力场中物体的加速度与其质量无关。伽利略是第一个注意到此现象的人。重要的是你应该明白，引力场中所有的物体“以同一速度下落”是（经典力学中）惯性质量和引力质量等同的结果。 现在我们关注一下“下落”这个表述。物体“下落”是由于地球的引力质量产生了地球的引力场。两个物体在所有相同的引力场中的速度相同。不论是月亮的还是太阳的，它们以相同的比率被加速。这就是说它们的速度在每秒钟内的增量相同。（加速度是速度每秒的增加值）