愛(ài)因斯坦與相對論
關(guān)于光的性質(zhì),還有很多謎,直到現在也無(wú)法用科學(xué)解釋.光是怎樣產(chǎn)生的?在空間如何傳播?光怎樣從物質(zhì)出現?光是什么,是物質(zhì)、振動(dòng)、還是純能?顏色是否為光必不可少?對于這許許多多的問(wèn)題,科學(xué)已經(jīng)作出了部分解釋,但歸根結底,這些問(wèn)題尚未解答.不過(guò),20世紀初,在人們了解光、研究光的過(guò)程中,帶來(lái)了物理學(xué)的兩場(chǎng)革命,這就是相對論和量子論.為建立這兩個(gè)理論體系,許多科學(xué)家都作出了重要貢獻,他們都是一些杰出的物理學(xué)大師,其中最為突出的是愛(ài)因斯坦.
愛(ài)因斯坦的學(xué)生時(shí)代
艾伯特·愛(ài)因斯坦于1879年3月14日在德國小城烏爾姆出生,他的父母都是猶太人.愛(ài)因斯坦有一個(gè)幸福的童年,他的父親是位平靜、溫順的好心人,愛(ài)好文學(xué)和數學(xué).他的母親個(gè)性較強,喜愛(ài)音樂(lè ),并影響了愛(ài)因斯坦,愛(ài)因斯坦從六歲起學(xué)小提琴,從此小提琴成為他的終生伴侶.愛(ài)因斯坦的父母對他有著(zhù)良好的影響和家庭教育,家中彌漫著(zhù)自由的精神和祥和的氣氛.
和牛頓一樣,愛(ài)因斯坦年幼時(shí)也未顯出智力超群,相反,到了四歲多還不會(huì )說(shuō)話(huà),家里人甚至擔心他是個(gè)低能兒.六歲時(shí)他進(jìn)入了國民學(xué)校,是一個(gè)十分沉靜的孩子,喜歡玩一些需要耐心和堅韌的游戲,例如用紙片搭房子.1888年進(jìn)入了中學(xué)后,學(xué)業(yè)也不突出,除了數學(xué)很好以外,其他功課都不怎么樣,尤其是拉丁文和希臘文,他對古典語(yǔ)言毫無(wú)興趣.當時(shí)的德國學(xué)校必須接受宗教教育,開(kāi)始時(shí)愛(ài)因斯坦非常認真,但當他讀了通俗的科學(xué)書(shū)籍后,認識到宗教里有許多故事是不真實(shí)的.12歲時(shí)他放棄了對宗教的信仰,并對所有權威和社會(huì )環(huán)境中的信念產(chǎn)生了懷疑,并發(fā)展成一種自由的思想.愛(ài)因斯坦發(fā)現周?chē)幸粋€(gè)巨大的自然世界,它離開(kāi)人類(lèi)獨立存在,就象一個(gè)永恒的謎.他看到,許多他非常尊敬和欽佩的人在專(zhuān)心從事這項事業(yè)時(shí),找到了內心的自由和安寧.于是,少年時(shí)代的愛(ài)因斯坦就選擇了科學(xué)事業(yè),希望掌握這個(gè)自然世界的奧秘,而一旦選擇了這一道路,就堅持不懈地走了下去,從來(lái)沒(méi)有后悔過(guò).
1895年,愛(ài)因斯坦來(lái)到瑞士蘇黎世,準備投考蘇黎世的聯(lián)邦工業(yè)大學(xué),雖然他的數學(xué)和物理考得很不錯,但其他科目沒(méi)有考好,學(xué)校校長(cháng)推薦他去瑞士的阿勞州立中學(xué)學(xué)習一年,以補齊功課.在阿勞州立中學(xué)的這段時(shí)光中使愛(ài)因斯坦感到快樂(lè ),他嘗到了瑞士自由的空氣和陽(yáng)光,并決心放棄德國國籍.
1896年,愛(ài)因斯坦正式成為一個(gè)無(wú)國籍的人,并考進(jìn)了聯(lián)邦工業(yè)大學(xué).大學(xué)期間,愛(ài)因斯坦迷上了物理學(xué),一方面,他閱讀了德國著(zhù)名物理學(xué)家基爾霍夫、赫茲等人的著(zhù)作,鉆研了麥克斯韋的電磁理論和馬赫的力學(xué),并經(jīng)常去理論物理學(xué)教授的家中請教.另一方面,他的大部分時(shí)間是去物理實(shí)驗室去做實(shí)驗,迷戀于直接觀(guān)察和測量.1900年,愛(ài)因斯坦大學(xué)畢業(yè).1901年,他獲得了瑞士國籍.1902年,在他的朋友格羅斯曼的幫助下,愛(ài)因斯坦終于在伯爾尼的瑞士聯(lián)邦專(zhuān)利局找到了一份穩定的工作——當技術(shù)員.
狹義相對論的創(chuàng )立
早在16歲時(shí),愛(ài)因斯坦就從書(shū)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(zhù)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(wèn)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,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(shuō),認為荷載光波的媒介物是以太,它應該充滿(mǎn)包括真空在內的全部空間,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(shuō).牛頓認為,發(fā)光體發(fā)射出的是以直線(xiàn)運動(dòng)的微粒粒子流,粒子流沖擊視網(wǎng)膜就引起視覺(jué).18世紀牛頓的微粒說(shuō)占了上風(fēng),然而到了19世紀,卻是波動(dòng)說(shuō)占了絕對優(yōu)勢,以太的學(xué)說(shuō)也因此大大發(fā)展.當時(shí)的看法是,波的傳播要依賴(lài)于媒質(zhì),因為光可以在真空中傳播,傳播光波的媒質(zhì)是充滿(mǎn)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(guò)麥克斯韋、赫茲等人的努力,形成了成熟的電磁現象的動(dòng)力學(xué)理論——電動(dòng)力學(xué),并從理論與實(shí)踐上將光和電磁現象統一起來(lái),認為光就是一定頻率范圍內的電磁波,從而將光的波動(dòng)理論與電磁理論統一起來(lái).以太不僅是光波的載體,也成了電磁場(chǎng)的載體.直到19世紀末,人們企圖尋找以太,然而從未在實(shí)驗中發(fā)現以太.
但是,電動(dòng)力學(xué)遇到了一個(gè)重大的問(wèn)題,就是與牛頓力學(xué)所遵從的相對性原理不一致.關(guān)于相對性原理的思想,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,但在解釋運動(dòng)物體的電磁過(guò)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,這就出現了一個(gè)問(wèn)題：適用于力學(xué)的相對性原理是否適用于電磁學(xué)?例如,有兩輛汽車(chē),一輛向你駛近,一輛駛離.你看到前一輛車(chē)的燈光向你靠近,后一輛車(chē)的燈光遠離.按照麥克斯韋的理論,這兩種光的速度相同,汽車(chē)的速度在其中不起作用.但根據伽利略理論,這兩項的測量結果不同.向你駛來(lái)的車(chē)將發(fā)出的光加速,即前車(chē)的光速=光速+車(chē)速；而駛離車(chē)的光速較慢,因為后車(chē)的光速=光速-車(chē)速.麥克斯韋與伽利略關(guān)于速度的說(shuō)法明顯相悖.我們如何解決這一分歧呢?
19世紀理論物理學(xué)達到了巔峰狀態(tài),但其中也隱含著(zhù)巨大的危機.海王星的發(fā)現顯示出牛頓力學(xué)無(wú)比強大的理論威力,電磁學(xué)與力學(xué)的統一使物理學(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)達到了近乎完美的程度.德國著(zhù)名的物理學(xué)家普朗克年輕時(shí)曾向他的老師表示要獻身于理論物理學(xué),老師勸他說(shuō)：“年輕人,物理學(xué)是一門(mén)已經(jīng)完成了的科學(xué),不會(huì )再有多大的發(fā)展了,將一生獻給這門(mén)學(xué)科,太可惜了.”
愛(ài)因斯坦似乎就是那個(gè)將構建嶄新的物理學(xué)大廈的人.在伯爾尼專(zhuān)利局的日子里,愛(ài)因斯坦廣泛關(guān)注物理學(xué)界的前沿動(dòng)態(tài),在許多問(wèn)題上深入思考,并形成了自己獨特的見(jiàn)解.在十年的探索過(guò)程中,愛(ài)因斯坦認真研究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).愛(ài)因斯坦堅信電磁理論是完全正確的,但是有一個(gè)問(wèn)題使他不安,這就是絕對參照系以太的存在.他閱讀了許多著(zhù)作發(fā)現,所有人試圖證明以太存在的試驗都是失敗的.經(jīng)過(guò)研究愛(ài)因斯坦發(fā)現,除了作為絕對參照系和電磁場(chǎng)的荷載物外,以太在洛倫茲理論中已經(jīng)沒(méi)有實(shí)際意義.于是他想到：以及絕對參照系是必要的嗎?電磁場(chǎng)一定要有荷載物嗎?
愛(ài)因斯坦喜歡閱讀哲學(xué)著(zhù)作,并從哲學(xué)中吸收思想營(yíng)養,他相信世界的統一性和邏輯的一致性.相對性原理已經(jīng)在力學(xué)中被廣泛證明,但在電動(dòng)力學(xué)中卻無(wú)法成立,對于物理學(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.他認為,相對論原理應該普遍成立,因此電磁理論對于各個(gè)慣性系應該具有同樣的形式,但在這里出現了光速的問(wèn)題.光速是不變的量還是可變的量,成為相對性原理是否普遍成立的首要問(wèn)題.當時(shí)的物理學(xué)家一般都相信以太,也就是相信存在著(zhù)絕對參照系,這是受到牛頓的絕對空間概念的影響.19世紀末,馬赫在所著(zhù)的《發(fā)展中的力學(xué)》中,批判了牛頓的絕對時(shí)空觀(guān),這給愛(ài)因斯坦留下了深刻的印象.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)已探索了十年的問(wèn)題,貝索按照馬赫主義的觀(guān)點(diǎn)闡述了自己的看法,兩人討論了很久.突然,愛(ài)因斯坦領(lǐng)悟到了什么,回到家經(jīng)過(guò)反復思考,終于想明白了問(wèn)題.第二天,他又來(lái)到貝索家,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)有絕對的定義,時(shí)間與光信號的速度有一種不可分割的聯(lián)系.他找到了開(kāi)鎖的鑰匙,經(jīng)過(guò)五個(gè)星期的努力工作,愛(ài)因斯坦把狹義相對論呈現在人們面前.
1905年6月30日,德國《物理學(xué)年鑒》接受了愛(ài)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)于狹義相對論的第一篇文章,它包含了狹義相對論的基本思想和基本內容.狹義相對論所根據的是兩條原理：相對性原理和光速不變原理.愛(ài)因斯坦解決問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn),是他堅信相對性原理.伽利略最早闡明過(guò)相對性原理的思想,但他沒(méi)有對時(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)也講了相對性思想,但又定義了絕對空間、絕對時(shí)間和絕對運動(dòng),在這個(gè)問(wèn)題上他是矛盾的.而愛(ài)因斯坦大大發(fā)展了相對性原理,在他看來(lái),根本不存在絕對靜止的空間,同樣不存在絕對同一的時(shí)間,所有時(shí)間和空間都是和運動(dòng)的物體聯(lián)系在一起的.對于任何一個(gè)參照系和坐標系,都只有屬于這個(gè)參照系和坐標系的空間和時(shí)間.對于一切慣性系,運用該參照系的空間和時(shí)間所表達的物理規律,它們的形式都是相同的,這就是相對性原理,嚴格地說(shuō)是狹義的相對性原理.在這篇文章中,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,他提出光速不變是一個(gè)大膽的假設,是從電磁理論和相對性原理的要求而提出來(lái)的.這篇文章是愛(ài)因斯坦多年來(lái)思考以太與電動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的結果,他從同時(shí)的相對性這一點(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(lái)說(shuō),我們會(huì )通過(guò)信號來(lái)確認.為了得知異地事件的同時(shí)性我們就得知道信號的傳遞速度,但如何沒(méi)出這一速度呢?我們必須測出兩地的空間距離以及信號傳遞所需的時(shí)間,空間距離的測量很簡(jiǎn)單,麻煩在于測量時(shí)間,我們必須假定兩地各有一只已經(jīng)對好了的鐘,從兩個(gè)鐘的讀數可以知道信號傳播的時(shí)間.但我們如何知道異地的鐘對好了呢?答案是還需要一種信號.這個(gè)信號能否將鐘對好?如果按照先前的思路,它又需要一種新信號,這樣無(wú)窮后退,異地的同時(shí)性實(shí)際上無(wú)法確認.不過(guò)有一點(diǎn)是明確的,同時(shí)性必與一種信號相聯(lián)系,否則我們說(shuō)這兩件事同時(shí)發(fā)生是沒(méi)有意義的.
光信號可能是用來(lái)對時(shí)鐘最合適的信號,但光速不是無(wú)限大,這樣就產(chǎn)生一個(gè)新奇的結論,對于靜止的觀(guān)察者同時(shí)的兩件事,對于運動(dòng)的觀(guān)察者就不是同時(shí)的.我們設想一個(gè)高速運行的列車(chē),它的速度接近光速.列車(chē)通過(guò)站臺時(shí),甲站在站臺上,有兩道閃電在甲眼前閃過(guò),一道在火車(chē)前端,一道在后端,并在火車(chē)兩端及平臺的相應部位留下痕跡,通過(guò)測量,甲與列車(chē)兩端的間距相等,得出的結論是,甲是同時(shí)看到兩道閃電的.因此對甲來(lái)說(shuō),收到的兩個(gè)光信號在同一時(shí)間間隔內傳播同樣的距離,并同時(shí)到達他所在位置,這兩起事件必然在同一時(shí)間發(fā)生,它們是同時(shí)的.但對于在列車(chē)內部正中央的乙,情況則不同,因為乙與高速運行的列車(chē)一同運動(dòng),因此他會(huì )先截取向著(zhù)他傳播的前端信號,然后收到從后端傳來(lái)的光信號.對乙來(lái)說(shuō),這兩起事件是不同時(shí)的.也就是說(shuō),同時(shí)性不是絕對的,而取決于觀(guān)察者的運動(dòng)狀態(tài).這一結論否定了牛頓力學(xué)中引以為基礎的絕對時(shí)間和絕對空間框架.
相對論認為,光速在所有慣性參考系中不變,它是物體運動(dòng)的最大速度.由于相對論效應,運動(dòng)物體的長(cháng)度會(huì )變短,運動(dòng)物體的時(shí)間膨脹.但由于日常生活中所遇到的問(wèn)題,運動(dòng)速度都是很低的（與光速相比）,看不出相對論效應.
愛(ài)因斯坦在時(shí)空觀(guān)的徹底變革的基礎上建立了相對論力學(xué),指出質(zhì)量隨著(zhù)速度的增加而增加,當速度接近光速時(shí),質(zhì)量趨于無(wú)窮大.他并且給出了著(zhù)名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2,質(zhì)能關(guān)系式對后來(lái)發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導作用.
廣義相對論的建立
1905年,愛(ài)因斯坦發(fā)表了關(guān)于狹義相對論的第一篇文章后,并沒(méi)有立即引起很大的反響.但是德國物理學(xué)的權威人士普朗克注意到了他的文章,認為愛(ài)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),相對論很快成為人們研究和討論的課題,愛(ài)因斯坦也受到了學(xué)術(shù)界的注意.
1907年,愛(ài)因斯坦聽(tīng)從友人的建議,提交了那篇著(zhù)名的論文申請聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)的編外講師職位,但得到的答復是論文無(wú)法理解.雖然在德國物理學(xué)界愛(ài)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(kāi)始為他鳴不平,1908年,愛(ài)因斯坦終于得到了編外講師的職位,并在第二年當上了副教授.1912年,愛(ài)因斯坦當上了教授,1913年,應普朗克之邀擔任新成立的威廉皇帝物理研究所所長(cháng)和柏林大學(xué)教授.
在此期間,愛(ài)因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對論推廣,對于他來(lái)說(shuō),有兩個(gè)問(wèn)題使他不安.第一個(gè)是引力問(wèn)題,狹義相對論對于力學(xué)、熱力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的物理規律是正確的,但是它不能解釋引力問(wèn)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(wú)窮大的速度傳遞,這與相對論依據的場(chǎng)的觀(guān)點(diǎn)和極限的光速沖突.第二個(gè)是非慣性系問(wèn)題,狹義相對論與以前的物理學(xué)規律一樣,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(shuō),一切自然規律不應該局限于慣性系,必須考慮非慣性系.狹義相對論很難解釋所謂的雙生了佯謬,該佯謬說(shuō)的是,有一對孿生兄弟,哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行,根據相對論效應,高速運動(dòng)的時(shí)鐘變慢,等哥哥回來(lái),弟弟已經(jīng)變得很老了,因為地球上已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年.而按照相對性原理,飛船相對于地球高速運動(dòng),地球相對于飛船也高速運動(dòng),弟弟看哥哥變年輕了,哥哥看弟弟也應該年輕了.這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)直沒(méi)法回答.實(shí)際上,狹義相對論只處理勻速直線(xiàn)運動(dòng),而哥哥要回來(lái)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)變速運動(dòng)過(guò)程,這是相對論無(wú)法處理的.正在人們忙于理解相對狹義相對論時(shí),愛(ài)因斯坦正在接受完成廣義相對論.
1907年,愛(ài)因斯坦撰寫(xiě)了關(guān)于狹義相對論的長(cháng)篇文章《關(guān)于相對性原理和由此得出的結論》,在這篇文章中愛(ài)因斯坦第一次提到了等效原理,此后,愛(ài)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)量成正比的自然規律作為等效原理的根據,提出在無(wú)限小的體積中均勻的引力場(chǎng)完全可以代替加速運動(dòng)的參照系.愛(ài)因斯坦并且提出了封閉箱的說(shuō)法：在一封閉箱中的觀(guān)察者,不管用什么方法也無(wú)法確定他究竟是靜止于一個(gè)引力場(chǎng)中,還是處在沒(méi)有引力場(chǎng)卻在作加速運動(dòng)的空間中,這是解釋等效原理最常用的說(shuō)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(ài)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,廣義相對論的基本問(wèn)題都解決了,廣義相對論誕生了.1916年,愛(ài)因斯坦完成了長(cháng)篇論文《廣義相對論的基礎》,在這篇文章中,愛(ài)因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對論稱(chēng)為狹義相對論,將只對于慣性系物理規律同樣成立的原理稱(chēng)為狹義相對性原理,并進(jìn)一步表述了廣義相對性原理：物理學(xué)的定律必須對于無(wú)論哪種方式運動(dòng)著(zhù)的參照系都成立.
愛(ài)因斯坦的廣義相對論認為,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(ài)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(wú)法解釋的43秒.廣義相對論的第二大預言是引力紅移,即在強引力場(chǎng)中光譜向紅端移動(dòng),20年代,天文學(xué)家在天文觀(guān)測中證實(shí)了這一點(diǎn).廣義相對論的第三大預言是引力場(chǎng)使光線(xiàn)偏轉,.最靠近地球的大引力場(chǎng)是太陽(yáng)引力場(chǎng),愛(ài)因斯坦預言,遙遠的星光如果掠過(guò)太陽(yáng)表面將會(huì )發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉.1919年,在英國天文學(xué)家愛(ài)丁頓的鼓動(dòng)下,英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀(guān)察日全食,經(jīng)過(guò)認真的研究得出最后的結論是：星光在太陽(yáng)附近的確發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉.英國皇家學(xué)會(huì )和皇家天文學(xué)會(huì )正式宣讀了觀(guān)測報告,確認廣義相對論的結論是正確的.會(huì )上,著(zhù)名物理學(xué)家、皇家學(xué)會(huì )會(huì )長(cháng)湯姆孫說(shuō)：“這是自從牛頓時(shí)代以來(lái)所取得的關(guān)于萬(wàn)有引力理論的最重大的成果”,“愛(ài)因斯坦的相對論是人類(lèi)思想最偉大的成果之一”.愛(ài)因斯坦成了新聞人物,他在1916年寫(xiě)了一本通俗介紹相對認的書(shū)《狹義相對論與廣義相對論淺說(shuō)》,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.
相對論的意義
狹義相對論和廣義相對論建立以來(lái),已經(jīng)過(guò)去了很長(cháng)時(shí)間,它經(jīng)受住了實(shí)踐和歷史的考驗,是人們普遍承認的真理.相對論對于現代物理學(xué)的發(fā)展和現代人類(lèi)思相的發(fā)展都有巨大的影響. 相對論從邏輯思想上統一了經(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.狹義相對論在狹義相對性原理的基礎上統一了牛頓力學(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性原理,都是對洛倫茲變換協(xié)變的,牛頓力學(xué)只不過(guò)是物體在低速運動(dòng)下很好的近似規律.廣義相對論又在廣義協(xié)變的基礎上,通過(guò)等效原理,建立了局域慣性長(cháng)與普遍參照系數之間的關(guān)系,得到了所有物理規律的廣義協(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近似.這就從根本上解決了以前物理學(xué)只限于慣性系數的問(wèn)題,從邏輯上得到了合理的安排.相對論嚴格地考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運動(dòng)這些物理學(xué)的基本概念,給出了科學(xué)而系統的時(shí)空觀(guān)和物質(zhì)觀(guān),從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系.
狹義相對論給出了物體在高速運動(dòng)下的運動(dòng)規律,并提示了質(zhì)量與能量相當,給出了質(zhì)能關(guān)系式.這兩項成果對低速運動(dòng)的宏觀(guān)物體并不明顯,但在研究微觀(guān)粒子時(shí)卻顯示了極端的重要性.因為微觀(guān)粒子的運動(dòng)速度一般都比較快,有的接近甚至達到光速,所以粒子的物理學(xué)離不開(kāi)相對論.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)展和應用提供了根據.
廣義相對論建立了完善的引力理論,而引力理論主要涉及的是天體.到現在,相對論宇宙學(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.
一位法國物理學(xué)家曾經(jīng)這樣評價(jià)愛(ài)因斯坦：“在我們這一時(shí)代的物理學(xué)家中,愛(ài)因斯坦將位于最前列.他現在是、將來(lái)也還是人類(lèi)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,因為他對于科學(xué)的貢獻,更加深入地進(jìn)入了人類(lèi)思想基本要領(lǐng)的結構中.”
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