【正文】 當(dāng)我有這個想法時，我并不懷疑以太的存在，不懷疑地球相對以太的運(yùn)動”。 為什么這兩個概念會相互矛盾呢？愛因斯坦苦思不得其解。這個問題的答案來自對時間概念的分析，不可能絕對地確定時間，在時間和信號速度之間有著不可分割的聯(lián)系。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 另外一個佯謬就是：快速運(yùn)動參考系中的鐘，與靜止參考系中的鐘相比，它走慢了?！拔矬w質(zhì)量是它所包含的能量的量度。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 ，好學(xué)進(jìn)取 16歲時 ,愛因斯坦就思考 : “如果我以速度 c追隨一條光線運(yùn)動”，我應(yīng)當(dāng)看到什么現(xiàn)象呢？ 愛因斯坦得知邁克爾遜零結(jié)果，想 :“若零結(jié)果是事實(shí)，那地球相對以太運(yùn)動的想法就是錯誤的 !” 愛因斯坦讀了洛侖茲 1895年的論文，認(rèn)為其方程若成立，必然導(dǎo)致光速不變的概念。 J所以人們常說，普朗克有兩大發(fā)現(xiàn) ! 1906年，考夫曼得出了否定相對論的結(jié)果，相對論受到考驗(yàn)！但 1907年，愛因斯坦發(fā)表文章，堅信相對論是正確的。后人評價他有兩大發(fā)現(xiàn)：一是量子論，二是愛因斯坦。經(jīng)典電磁理論家阿伯拉罕（ M .Abraham）假設(shè)電子是一個有確定半徑的鋼性帶電小球，它在運(yùn)動中產(chǎn)生的磁場引起電磁質(zhì)量，由此推出了電子的質(zhì)量公式。果然，一年后布雪勒（ A .H .Bucherer）用改進(jìn)了的方法測電子質(zhì)量，得到的結(jié)果與洛侖茲 愛因斯坦公式符合甚好。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 1938年，查恩和斯皮斯重新分析了布雪勒實(shí)驗(yàn)，結(jié)論更接近相對論的理論?！? 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 狹義相對論建立以后，愛因斯坦并沒有止步。 一、引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等價性 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 幾百年以來，物理學(xué)家把慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等當(dāng)作一個基本事實(shí)， 但是，愛因斯坦確認(rèn)為“我為它的存在感到極為驚奇，并猜想其中必有一把可以更加深入地了解慣性和引力的鑰匙”。在提出等效原理的過程中，愛因斯坦運(yùn)用了理想實(shí)驗(yàn)的方法，設(shè)計了一系列升降機(jī)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)思考處于升降機(jī)中的觀察者通過實(shí)驗(yàn)觀測會得到什么結(jié)論。首先遇到的難題就是如何描述引力場，必須找到一個合適的數(shù)學(xué)工具。在論文中，愛因斯坦證明了牛頓理論可以作為相對論引力理論的第一級近似，并且給出了譜線紅移，光線彎曲，行星軌道近日點(diǎn)進(jìn)動的理論預(yù)言。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 小插曲： 1905年愛因斯坦寫的文稿只有三頁，當(dāng)時可以說一文不值， 1936年，卻價值連城，賣了 400萬美元，武裝了一支支援西班牙反對法西斯獨(dú)裁的軍隊。不幸的是，找一個火爐子不那么容易，因?yàn)闉槲易鲲埖呐畟蚪刮疫M(jìn)入廚房。她靚麗又興奮，當(dāng)我感覺 1分鐘過去了的時候，我看了看表，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)過了整整 57分鐘，我把它取整為 1小時。 。之后，我叫來了一位醫(yī)生。我認(rèn)識查理 ” 為了簡明地解釋相對論，這位偉大的理論家曾經(jīng)親手做過體驗(yàn)。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 廣義相對論的結(jié)構(gòu)體系可以用一張圖來表示： 迄今為止，廣義相對論的應(yīng)用主要是在宇觀領(lǐng)域，即宇宙學(xué)和天體物理學(xué)方面。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 1915年，愛因斯坦連續(xù)發(fā)表了幾篇有關(guān)廣義相對論的論文?！? 同時“這個假設(shè)把相對性原理擴(kuò)展到參照系作均勻加速平移運(yùn)動的情況”?！? 經(jīng)過縝密的思索，愛因斯坦用場的觀念對基于超距作用觀念的牛頓引力理論進(jìn)行了改造，寫出如下等式： （慣性質(zhì)量） 167。它指出，在處理同光速相比不是小到可忽略的運(yùn)動時，運(yùn)動定律必須加以怎樣的修改。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 激烈的爭論沒有停息過。 1906年，考夫曼宣布，他的量度結(jié)果證實(shí)了阿伯拉罕的理論公式，而“與洛侖茲 愛因斯坦的基本假定不相容”。 泡利， 在 1921年受他老師的推薦為《數(shù)學(xué)科學(xué)百科全書》撰寫了一篇關(guān)于相對論的長篇綜述文章，得到了愛因斯坦的高度評價，至今還是相對論方面的名著之一。 1921年愛因斯坦獲得諾貝爾物理學(xué)獎?！? 邁克爾遜至死（ 1931年）還念念不忘“可愛的以太”，認(rèn)為相對論是個怪物。認(rèn)為科學(xué)理論應(yīng)當(dāng)邏輯簡單，概念和假設(shè)應(yīng)當(dāng)盡量地少，理論應(yīng)當(dāng)簡潔。 同時性的相對性 —— 長度收縮與運(yùn)動有關(guān) —— 時間膨脹效應(yīng) —— 速度變換公式 —— 質(zhì)速關(guān)系 —— 質(zhì)能關(guān)系 —— 能量動量關(guān)系 ，邏輯結(jié)構(gòu)嚴(yán)緊，形式完美的物理理論，成為近代物理的支柱。這就是著名的雙生子詳謬。他稱之為兩條公設(shè)，內(nèi)容如下： “ ，同描述這些狀態(tài)變化時所參照的坐標(biāo)系究竟是兩個在互相勻速移動著的坐標(biāo)系中的那一個并無關(guān)系，（相對性原理）。我花了整整一年的時間，試圖修改洛侖茲的思想，來解決這個問題，但是卻徒勞無功。他繼續(xù)回憶說：“如果承認(rèn)邁克耳孫的零結(jié)果是事實(shí)，那么地球相對于以太運(yùn)動的想法就是錯的，這是引導(dǎo)我走向狹義相對論的第一步。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 早在 16歲（ 1895年）時，愛因斯坦就開始思考這樣一個問題：“如果我以速度 c（真空中的光速）追隨光線運(yùn)動，我應(yīng)當(dāng)看到這樣一條光線就好象一個在空中振蕩著而停滯不前的電磁場。于是他想到：絕對參照系是必要的嗎？電磁場一定要有荷載物嗎？ 當(dāng)時的物理學(xué)家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照系，這是受到牛頓的絕對空間概念的影響。 第七章 相對論的建立和發(fā)展 物理學(xué)史 三、狹義相對論的建立 1900年，愛因斯坦大學(xué)畢業(yè)。 1914年，應(yīng)能斯脫的邀請，回德國任威廉皇帝物理研究所所長兼柏林大學(xué)教授，直到 1933年。另一方面，他的大部分時間是去物理實(shí)驗(yàn)室去做實(shí)驗(yàn)，迷戀于直接觀察和測量。其中 《論動體的電動力學(xué)》 一文更具有劃時代的意義，文中第一次提出了嶄新的時間空間理論，一舉解決了光速的不變性與速度合成法則之間的矛盾以及電磁理論中的不對稱等難題。 1904年彭加勒正式表述了相對性原理。他把“以太”看成電磁場的物質(zhì)基礎(chǔ) ,認(rèn)為電磁現(xiàn)象是“以太”運(yùn)動的表現(xiàn)。