科學(xué)技術(shù)史論文

1、西南財(cái)經(jīng)大學(xué)Southwestern University of Finance and Econo科學(xué)技術(shù)史論文I m I = I2011/05/11目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 一、相對(duì)論提出的準(zhǔn)備階段3 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1相對(duì)論提出的背景3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2愛(ài)因斯坦勤奮的研究3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 二、

2、相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)4 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1以太學(xué)說(shuō)4 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2狹義相對(duì)論的前提53狹義相對(duì)論的誕生6 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 相對(duì)論的危機(jī)6 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 愛(ài)因斯坦的解釋6 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 狹義相對(duì)論的發(fā)表74廣義相對(duì)論的問(wèn)世8 HYPERLINK l bookm

3、ark55 o Current Document 對(duì)相對(duì)論的再思考8 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 愛(ài)因斯坦不尋常的探索8 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 相對(duì)論誕生的偉大意義9 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 三、愛(ài)因斯坦給我們的教導(dǎo)9 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 1不屈權(quán)貴，充滿自信10 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 2善于思

4、考10 HYPERLINK l bookmark77 o Current Document 3戒驕戒躁10四、參考文獻(xiàn)11愛(ài)因斯坦相對(duì)論的創(chuàng)作歷程以及啟示【摘要】：愛(ài)因斯坦在他一生中取得了巨大的成功，這使他成為了自然科學(xué)史上最偉大的學(xué)者之一 1905年，26歲的他以專利局職員的身份發(fā)表了幾篇關(guān)于光電效應(yīng)、布朗運(yùn)動(dòng)和狹義相對(duì)論 的論文，它們都是這些領(lǐng)域的奠基之作。他的狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，推動(dòng)了物理學(xué)理論 的革命進(jìn)程，質(zhì)能關(guān)系也成為兩彈和原子能利用的基本公式。而在這么巨大的成就背后，卻隱藏著許多不為人知的秘密。任何事物其實(shí)都不是表面上 所表現(xiàn)出的那樣，相對(duì)論也是如此。它的創(chuàng)立不知道經(jīng)過(guò)了愛(ài)因斯

5、坦多少個(gè)日日夜夜的苦思 冥想，不知道受到了多少輿論的抨擊。本論文主要講述了相對(duì)論產(chǎn)生的背景、愛(ài)因斯坦困難重重的探索相對(duì)論的過(guò)程以及相對(duì) 論的巨大影響。與此同時(shí)，論文也提到了愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)相對(duì)論對(duì)我們的啟示等方面的內(nèi)容?！娟P(guān)鍵詞】：相對(duì)論；光速；時(shí)間；空間；質(zhì)量；能量；參考系【引言】：眾所周知，相對(duì)論是由科學(xué)家阿爾伯特愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)創(chuàng)立的，其中狹 義相對(duì)論提出于1905年，廣義相對(duì)論提出于1915年。如今，距離相對(duì)論的創(chuàng)立已經(jīng)有106 年了，但是我們不得不承認(rèn)相對(duì)論的巨大成就仍讓我們至今受益。相對(duì)論(Relativity)的基本假設(shè)是相對(duì)性原理，即物理定律與參照系的選擇

6、無(wú)關(guān)。狹 義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的區(qū)別是，前者討論的是勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系(慣性參照系)之間 的物理定律，后者則推廣到具有加速度的參照系中(非慣性系)，并廣泛應(yīng)用于引力場(chǎng)中。 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。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)的物體和微觀領(lǐng)域，而相對(duì)論解決了高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。相對(duì)論顛覆了人類對(duì)宇宙和自然 的“常識(shí)性”觀念，提出了 “時(shí)間和空間的相對(duì)性、“四維時(shí)空”、“彎曲空間”等全新的概 念。相對(duì)論的復(fù)雜程度是前所未有的，也正是由于它的確太復(fù)雜了，有人曾放言說(shuō)世界上真 正懂得愛(ài)因斯坦相對(duì)論的只有一個(gè)半人，其深?yuàn)W的理論可見(jiàn)一斑。于是，許多人很好奇為什么他可以取得這

7、么巨大的成就，對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我想我也只能 用一句話來(lái)回答：因?yàn)槟莻€(gè)人是阿爾伯特愛(ài)因斯坦！因此，那就讓我們一同回到過(guò)去，去探索愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)相對(duì)論的不尋常的經(jīng)歷。一、相對(duì)論提出的準(zhǔn)備階段1相對(duì)論提出的背景十九世紀(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。而當(dāng)時(shí)科學(xué)界流行的一個(gè)看法是整個(gè)宇宙空間充滿一種特殊物質(zhì)叫做“以太”(以太： 由希臘學(xué)者提出，認(rèn)為是光傳播的介質(zhì))，電磁波是憑借以太振動(dòng)而傳播的。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)速度疊加原 理，在地球上沿不同方向傳播的光的速度必

8、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。在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(méi)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。2愛(ài)因斯坦勤奮的研究1879年出生的愛(ài)因斯坦十六歲時(shí)報(bào)考瑞士蘇黎世的聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)工程系，可是入學(xué)考 試卻告以失敗。看過(guò)他的數(shù)學(xué)和物理考卷的該校物理學(xué)家韋伯先生卻慧眼識(shí)英才，稱贊他： “你是個(gè)很聰明的孩子，愛(ài)因斯坦，一個(gè)非常聰明

9、的孩子，但是你有一個(gè)很大的缺點(diǎn)：就是 你不想表現(xiàn)自己?！表f伯先生講對(duì)了，愛(ài)因斯坦在數(shù)學(xué)方面可以說(shuō)是“天才”，他在12歲到16歲時(shí)就已經(jīng) 自學(xué)學(xué)會(huì)了解析幾何和微積分。而對(duì)于不想表現(xiàn)自己這個(gè)“缺點(diǎn)”，他也是“死不悔改”。 他晚年寫給朋友的信中說(shuō)：“我年輕時(shí)對(duì)生活的需要和期望是能在一個(gè)角落安靜地做我的研 究，公眾人士不會(huì)對(duì)我完全注意，可是現(xiàn)在卻不能了。”愛(ài)因斯坦在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，一直記住這樣一個(gè)公式，并把它作為成功的根基。那就是 A=X+Y+Z! A就是成功，X就是努力工作，Y是懂得休息，Z是少說(shuō)廢話！愛(ài)因斯坦曾對(duì)其評(píng) 價(jià)道：這公式對(duì)我有用，我想對(duì)許多人也一樣有用。就這樣，低調(diào)的愛(ài)因斯坦一直在默默的學(xué)

10、習(xí)著，1900-1901年兩年間，愛(ài)因斯坦先后完 成了4篇較為著名的論文。在完成了電勢(shì)差的熱力學(xué)理論的論文之后，愛(ài)因斯坦開(kāi)始了對(duì)以太的深入研究。因?yàn)樵?在16歲時(shí)，愛(ài)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，他當(dāng)時(shí)就立即產(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？ 一種可能是 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)。這種事會(huì)發(fā)生嗎？愛(ài) 因斯坦對(duì)以太的研究很快陷入了一個(gè)瓶頸階段。當(dāng)時(shí)科學(xué)界流行的看法是整個(gè)宇宙空間充滿 一種特殊物質(zhì)叫做“以太”，電磁波等就是憑借著以太的振動(dòng)而傳播的。盡管有許多學(xué)者不 斷的提出關(guān)于以太的疑問(wèn)，懷疑以太存在

11、的真實(shí)性，但是他們沒(méi)有一個(gè)能夠提供強(qiáng)有力的證 據(jù)來(lái)推翻以太理論。二、相對(duì)論的發(fā)現(xiàn)1以太學(xué)說(shuō)愛(ài)因斯坦查閱了所有關(guān)于以太的學(xué)說(shuō)有關(guān)的資料，他了解到前人對(duì)此研究大體上有三個(gè) 階段：17世紀(jì)的笛卡爾和其后的惠更斯首創(chuàng)并發(fā)展了以太學(xué)說(shuō)，認(rèn)為以太就是光波傳播的媒 介，它充滿了包括真空在內(nèi)的全部空間，并能滲透到物質(zhì)中。與以太說(shuō)不同，牛頓提出了光 的微粒說(shuō)。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(jué)。18世紀(jì)牛頓的微粒說(shuō)占了上風(fēng)。19世紀(jì)，波動(dòng)說(shuō)占了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。那時(shí)以太的學(xué)說(shuō)十分流行：波的傳播需要媒質(zhì)，光在真空中傳播的媒質(zhì)就是以太，也叫 光以太。并且電磁學(xué)也得到了蓬勃發(fā)展，經(jīng)

12、過(guò)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)理論一一電動(dòng)力學(xué)，他們并從理論與實(shí)踐上證明光就是一定頻率范圍內(nèi)的電 磁波，從而統(tǒng)一了光的波動(dòng)理論與電磁理論。以太不僅是光波的載體，也成了電磁場(chǎng)的載體。電磁學(xué)的發(fā)展最初也是納入牛頓力學(xué)的框架，但人們?cè)诮忉屵\(yùn)動(dòng)物體的電磁過(guò)程時(shí)卻發(fā) 現(xiàn)，與牛頓力學(xué)所遵從的相對(duì)性原理不一致。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。例 如，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。根據(jù)伽利略理論，向你駛來(lái)的車將發(fā)出速度大于C （真空光速3.

13、0 x108m/s）的光， 即前車的光的速度=光速+車速；而駛離車的光速小于C，即后車光的速度=光速-車速。但按 照，這兩種光的速度相同，因?yàn)樵邴溈怂鬼f的理論中，車的速度有無(wú)并不影響光的傳播，說(shuō) 白了不管車子怎樣，光速等于C。麥克斯韋與伽利略關(guān)于速度的說(shuō)法明顯相悖。因此愛(ài)因斯坦進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，他認(rèn)真鉆研了了麥克斯韋電磁理論，特別是經(jīng)過(guò) 赫茲和洛倫茲發(fā)展和闡述的電動(dòng)力學(xué)。他認(rèn)為電磁理論是完全正確的，但是有一個(gè)問(wèn)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(guò)研究，愛(ài)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

14、理論中已經(jīng)沒(méi)有實(shí)際意義。他此時(shí)陷入了一種糾結(jié)的狀態(tài)，到底要不要推翻所謂 的真理？腦海中的聲音告訴他：不能妥協(xié)，敢于懷疑敢于創(chuàng)新！所謂的真理是可以推翻的！ 于是他果斷的提出疑問(wèn)：以太絕對(duì)參照系是必要的嗎？電磁場(chǎng)一定要有荷載物嗎？從那時(shí)起， 他就一直懷疑以太存在的必要。2狹義相對(duì)論的前提愛(ài)因斯坦的奮斗并不是孤獨(dú)的。其實(shí)，在愛(ài)因斯坦?jié)撔难芯恳蕴倪^(guò)程中，馬赫和休謨 的哲學(xué)對(duì)愛(ài)因斯坦影響起到了很大的影響。如果沒(méi)有他們，愛(ài)因斯坦很可能會(huì)失敗。當(dāng)時(shí)， 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(guò)經(jīng)驗(yàn)形成的。絕對(duì)時(shí)空無(wú)論 依據(jù)什么經(jīng)驗(yàn)也不能把握。休謨更具體的說(shuō)：空間和廣延不是別的，而是按一定次序

15、分布的 可見(jiàn)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(jué)察的變化而發(fā)現(xiàn)的，他相信世界 的統(tǒng)一性和邏輯的一致性。19世紀(jì)理論物理學(xué)的發(fā)展達(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(wú)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(shuō)：“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?！比藗儗?duì)當(dāng)時(shí)物理學(xué)的完美發(fā)展的堅(jiān)信

16、 可見(jiàn)一斑。那個(gè)時(shí)候，相對(duì)性原理已經(jīng)在力學(xué)中被廣泛證明，但它在電動(dòng)力學(xué)中卻無(wú)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(ài)因斯坦提出了懷疑。他認(rèn)為，相對(duì)性原理應(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(wèn)題。 光速是不變的量還是可變的量，以及它與相對(duì)性原理是否矛盾的關(guān)系，成為相對(duì)性原理是否 普遍成立的首要問(wèn)題。但是年輕的愛(ài)因斯坦腦子里充滿了創(chuàng)新的想法，他堅(jiān)信一句格言：“任何事都是相對(duì)的。” 他不相信沒(méi)有證據(jù)的理論，他相信只要有證據(jù)，就可以推翻所謂的真理！只要細(xì)致研究，肯 定會(huì)發(fā)現(xiàn)物理學(xué)的新大陸！1905年5月的一天，愛(ài)因斯坦與一個(gè)朋友貝索討論這個(gè)已

17、探索了十年的問(wèn)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。突然間，愛(ài)因斯坦仿佛領(lǐng)悟到了什 么，他把這個(gè)想法記錄了下來(lái)，然后回到家里，茶飯不思反復(fù)思考，終于他想明白了問(wèn)題。 于是第二天，他又來(lái)到貝索家，高興地對(duì)朋友說(shuō)：“謝謝你，我的問(wèn)題解決了！”原來(lái)愛(ài)因斯 坦想清楚了一件事：時(shí)間沒(méi)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。愛(ài) 因斯坦在這次深入的思考之后，心中已經(jīng)有了答案，那就是光速在任何參考系中速度是不變 的。與此同時(shí)，他也領(lǐng)悟了相對(duì)性的原理與光速不變?cè)淼年P(guān)系。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，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)

18、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(shuō)是狹義的相對(duì)性原理。愛(ài)因斯坦沒(méi)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(lái)的。愛(ài)因斯坦多年來(lái)思考以太與電動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，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。3狹義相對(duì)論的誕生相對(duì)論的危機(jī)在愛(ài)因斯坦相對(duì)論的誕生過(guò)程中，物理界的一個(gè)簡(jiǎn)單的例子引起了兩個(gè)著名的原理的沖 突，從而導(dǎo)致了物理界的困惑：有甲乙兩人，甲站在火車站的月臺(tái)上，

19、設(shè)想月臺(tái)上方的額空氣已經(jīng)抽空（此假設(shè)主要是 保證光是在真空中傳播，因而處在這個(gè)空間的各個(gè)坐標(biāo)系里，光的傳播速度都是恒定的）， 如果沿軌道方向發(fā)出一道光線，根據(jù)光速不變?cè)?，甲看到光線以恒速c沿著鐵軌傳播；乙 在一列一速度v在鐵軌上勻速行駛的火車中，設(shè)火車的前進(jìn)方向與光線前進(jìn)方向一致。根據(jù) 相對(duì)性原理，乙看到的光線的傳播速度是：w=c-v,雖然vc,但總是wc，顯然這里出現(xiàn)了 問(wèn)題，甲乙兩人觀察到光的傳播速度分別是c和c-v，這個(gè)結(jié)果意味著“光速不變?cè)怼辈?成立。到底是相對(duì)性原理不正確還是光速不變?cè)聿徽_？這是擺在物理學(xué)家們面前的一個(gè) 不能回避的問(wèn)題，不少人主張是放棄相對(duì)性原理，但另一部分人

20、反對(duì)，因?yàn)橄鄬?duì)原理是那樣 的簡(jiǎn)單明了，并且在長(zhǎng)期的實(shí)踐中精確與事實(shí)相符。到底是什么地方出現(xiàn)了問(wèn)題呢？愛(ài)因斯 坦利用他一開(kāi)始所思考的東西解釋后，很自信的說(shuō)：“相對(duì)論就是在這個(gè)關(guān)頭產(chǎn)生的”。愛(ài)因斯坦的解釋其實(shí)不妨換一個(gè)例子來(lái)思考，設(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(guò) 站臺(tái)時(shí)，甲站在站臺(tái)上，有兩道閃電在甲眼前閃過(guò)，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(guò)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(lái)說(shuō)，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)

21、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(lái)的光信號(hào)。對(duì)乙來(lái)說(shuō)，這兩起事件是不同時(shí)的。 也就是說(shuō)，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，從而構(gòu)建起了愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的理論框架。在相對(duì)論中的光速不變?cè)碇?，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(wèn)題，運(yùn)動(dòng)速度都是很低的（與光速相比），相對(duì)論的效應(yīng)只能是在抽象的想象之中 進(jìn)行。但是在仔細(xì)的核對(duì)和反復(fù)的

22、思考之后，愛(ài)因斯坦確信自己的推理是準(zhǔn)確無(wú)誤的，他決 定把自己的研究成功公布于世。狹義相對(duì)論的發(fā)表順利的，在1905年6月30日，德國(guó)物理學(xué)年鑒欣然接受了愛(ài)因斯坦辛辛苦苦完成 的“史詩(shī)”級(jí)別的論文論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)，并在該刊上發(fā)表。這篇論文它包含了狹義相 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)怼?愛(ài)因斯坦解決問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)，是他堅(jiān)信相對(duì)性原理。與此同時(shí)，愛(ài)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(wú)窮大。他終于找到了一個(gè)理論，可以使光速不變理論和相對(duì)性理論不發(fā)生沖突，并且 也就是這樣，狹義相

23、對(duì)論誕生了?；仡櫹鄬?duì)論的探索歷程，我們不得不承認(rèn)愛(ài)因斯坦是一個(gè)極具耐心和創(chuàng)新力的天才，他 做到了其他人所不能做到的：伽利略努力過(guò)，牛頓努力過(guò)，愛(ài)因斯坦也努力過(guò)，但是成功只 屬于那個(gè)一直在準(zhǔn)備著的人，愛(ài)因斯坦一直在為相對(duì)論的誕生而默默準(zhǔn)備著，所以最后的成 功者是他。讓我們對(duì)這三個(gè)偉人做一個(gè)這方面的回顧，偉人貝獻(xiàn)伽利略最早闡明過(guò)相對(duì)性原理的思想，但他沒(méi)有對(duì)時(shí)間和空間給出過(guò)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(wèn)題上他是矛盾的愛(ài)因斯坦大大發(fā)展了相對(duì)性原理，在他看來(lái)，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

24、物體聯(lián)系在一起的4廣義相對(duì)論的問(wèn)世對(duì)相對(duì)論的再思考正當(dāng)全世界為狹義相對(duì)論的誕生而震動(dòng)、驚訝、爭(zhēng)論時(shí)，愛(ài)因斯坦已經(jīng)對(duì)自己的理論感 到不滿了，因?yàn)樗路鹂吹搅俗约豪碚摰娜毕?。首先，作為“相?duì)論”基礎(chǔ)的慣性系現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法定義了。牛頓定義的慣性系是指相對(duì) 于“絕對(duì)時(shí)空”靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系，可是相對(duì)論否認(rèn)絕對(duì)空間的存在，那么這 一定義就不適用了。相對(duì)論是研究慣性系間關(guān)系的理論，“慣性系”是其核心概念，但是這 個(gè)“核心”卻無(wú)法定義。其次，萬(wàn)有引力定律寫不成相對(duì)論的形式。幾經(jīng)努力他終于認(rèn)識(shí)到，相對(duì)論容納不了萬(wàn) 有引力定律。當(dāng)時(shí)一直的自然力只有萬(wàn)有引力和電磁力兩種，有一種就放不進(jìn)相對(duì)論的框架。愛(ài)因斯

25、坦于是再一次踏上了探索之路。愛(ài)因斯坦不尋常的探索在牛頓力學(xué)中，物質(zhì)既有慣性質(zhì)量，也有引力質(zhì)量。慣性質(zhì)量由牛頓第二定律給出，引 力質(zhì)量由萬(wàn)有引力定律定義。實(shí)驗(yàn)證明，引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量是精確相等的。這是偶然還是 另有意義？愛(ài)因斯坦注意到了這個(gè)事實(shí)。他反復(fù)思索狹義相對(duì)論遭遇到的基本困難：慣性系 無(wú)法定義；萬(wàn)有引力定律不能納入。既然慣性系無(wú)法定義，那就拋開(kāi)慣性系，將自己的理論 建立在任意參考系基礎(chǔ)上，把原來(lái)的相對(duì)論原理從“科學(xué)規(guī)律相對(duì)于一切慣性系形式不變” 推廣為“科學(xué)規(guī)律在一切參考系中都相同”。愛(ài)因斯坦稱后者為“廣義相對(duì)論原理”。可是問(wèn) 題又出現(xiàn)了。非慣性體系中有慣性力存在，如何處理慣性力呢？既然引

26、力質(zhì)量和慣性質(zhì)量完 全相等，這是否意味著引力和慣性力本質(zhì)上是一致的呢？于是愛(ài)因斯坦進(jìn)一步提出等效原理， 即慣性場(chǎng)和引力場(chǎng)等價(jià)。愛(ài)因斯坦曾在一次演講中講述等效原理的由來(lái)。他說(shuō)：“當(dāng)我坐在伯尼爾專利局辦公室 的椅子上時(shí)，驀然閃現(xiàn)出一個(gè)思想來(lái)，如果一個(gè)人自由的降落，他就不會(huì)察覺(jué)到自己的重量。 我不由大吃一驚，這個(gè)簡(jiǎn)單的思想給了我深刻的印象，它推動(dòng)我走向引力場(chǎng)理論?！睈?ài)因斯 坦也稱這個(gè)是他一生中最得意的思想。廣義相對(duì)論原理和等效原理是廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本前提，但是盡管愛(ài)因斯坦熟知這兩 個(gè)理論，但是廣義相對(duì)論的建立較狹義相對(duì)論要漫長(zhǎng)得多，為此愛(ài)因斯坦幾乎是單槍匹馬付 出了接近8年的艱辛的勞作。因?yàn)槠渲薪?jīng)

27、歷了各種各樣的挫折。其中比較經(jīng)典的是1913年 在好友格羅斯曼的幫助下，運(yùn)用黎曼幾何建立了初步的廣義相對(duì)論方程，但其中引入了一個(gè) 錯(cuò)誤的假設(shè)。當(dāng)時(shí)他們都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。導(dǎo)致相對(duì)論的理論出現(xiàn)了錯(cuò)誤。而后愛(ài)因斯坦苦苦探索 錯(cuò)誤的由來(lái)，終于，在1915年，愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了并且修正了這個(gè)致命的錯(cuò)誤，并且經(jīng)過(guò)了 細(xì)致修改后在11月向普魯士科學(xué)院提交了三篇論文，標(biāo)志著廣義相對(duì)論的完成。相對(duì)論誕生的偉大意義廣義相對(duì)論是一個(gè)時(shí)空和引力的理論。狹義相對(duì)論認(rèn)為時(shí)間、空間是一個(gè)整體（四維時(shí) 空），能量、動(dòng)量是一個(gè)整體（四維動(dòng)量），但沒(méi)有指出時(shí)空與能量、動(dòng)量之間的關(guān)系。廣義 相對(duì)論則進(jìn)一步闡明能量動(dòng)量的存在（也就是有物質(zhì)存在

28、），會(huì)是四維時(shí)空發(fā)生彎曲，萬(wàn)有 引力不是力，是時(shí)空彎曲的經(jīng)典效應(yīng)。物質(zhì)在萬(wàn)有引力的運(yùn)動(dòng)，如地球上的自由落體、行星 的繞行等，都是彎曲時(shí)空中的自由運(yùn)動(dòng)慣性運(yùn)動(dòng)，它在時(shí)空中描出的曲線是彎曲時(shí)空兩 點(diǎn)間的最短線。廣義相對(duì)論的基本方程，愛(ài)因斯坦方程，描繪了時(shí)間-空間與能量-動(dòng)量如何相互規(guī)定： 時(shí)空曲率=能量動(dòng)量。這是一組10個(gè)方程，非常難以求解，愛(ài)因斯坦球出了一些近似的解， 并提出了軌道進(jìn)動(dòng)、引力紅移、光線偏折三項(xiàng)可檢驗(yàn)的預(yù)見(jiàn)。精湛的物理思想，高深的黎曼幾何、張量分析，神奇的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使得廣義相對(duì)論一下 子就被科學(xué)界接受了。不但是在科學(xué)界，甚至在普通人眼里，愛(ài)因斯坦成了一個(gè)神話般的人 物。的確，愛(ài)因斯

29、坦創(chuàng)立廣義相對(duì)論遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越于那個(gè)時(shí)代的所有科學(xué)家，愛(ài)因斯坦曾經(jīng)自豪 的說(shuō)：如果我不發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論，5年之內(nèi)肯定會(huì)有人發(fā)現(xiàn)它，如果我不發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì)論， 50年內(nèi)也不會(huì)有人發(fā)現(xiàn)它。三、愛(ài)因斯坦給我們的教導(dǎo)愛(ài)因斯坦創(chuàng)作相對(duì)論歷時(shí)數(shù)十年，其間遇到的挫折不是常人可以想象的。從出現(xiàn)想法到 按照自己的思路潛心鉆研，從出現(xiàn)了理論雛形到發(fā)布初步定稿，愛(ài)因斯坦一直遭受到科學(xué)界 的質(zhì)疑和嘲笑。甚至有人罵愛(ài)因斯坦是個(gè)瘋子，但是愛(ài)因斯坦卻不以為然，他堅(jiān)信自己的想 法，只有他自己最了解相對(duì)論，因?yàn)樗老鄬?duì)論的背后有強(qiáng)大的理論做支持。在相對(duì)論完成之后，科學(xué)界那些自命不凡的“天才”們才開(kāi)始認(rèn)識(shí)到愛(ài)因斯坦的偉大， 人們也才開(kāi)始

30、認(rèn)識(shí)到相對(duì)論誕生的不易。人們從相對(duì)論學(xué)到了愛(ài)因斯坦的教導(dǎo)。1不屈權(quán)貴，充滿自信無(wú)論自己的理論正確與否，自信都是最重要的。在科學(xué)界輿論的壓力下，在所謂“真理” 的反對(duì)下，愛(ài)因斯坦都撐過(guò)去了，因?yàn)樵谒闹?，他?jiān)信自己構(gòu)建的理論根基是沒(méi)有問(wèn)題的， 而從理論推出的相對(duì)論的模型也是沒(méi)有問(wèn)題的，所以無(wú)論外界的學(xué)者如何攻擊他，他都抱著 一顆無(wú)所謂的態(tài)度:走自己的路，讓別人說(shuō)去吧。但這種自信絕對(duì)不是自負(fù)，愛(ài)因斯坦的自信建立在很牢固的理論基礎(chǔ)上，是一種十分有把握 的自信。至少他可以說(shuō)服自己去相信它。有了這種自信，他勇敢地與權(quán)威們做著不懈的斗爭(zhēng)。他在以這種方式告訴人們?nèi)绻胍〉贸晒?，沒(méi)有自信一切都是海市蜃樓。如