??1905年，是愛(ài)因斯坦的豐收年，這一年，他在德國(guó)《物理年鑒》上，先后發(fā)表了多篇文章，其中提出了具有開(kāi)創(chuàng)一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的光量子說(shuō)、一個(gè)震撼世界的質(zhì)能公式，還創(chuàng)建了改革人類(lèi)時(shí)空觀的狹義相對(duì)論。這三樣成果都具有劃時(shí)代的意義。

物理學(xué)的兩大“基石”——牛頓力學(xué)和麥克斯韋方程彼此間是否兼容？愛(ài)因斯坦苦思不得其解，他思考了很多問(wèn)題，例如不同地方的時(shí)鐘、快速火車(chē)的運(yùn)動(dòng)。漸漸地，解決問(wèn)題的關(guān)鍵突然出現(xiàn)在他的腦子里：時(shí)間和空間都服從相對(duì)論的法則，不再具有牛頓理論中的“絕對(duì)性”，而唯有光速是不變的。

在做這一思考的當(dāng)時(shí)，愛(ài)因斯坦年僅26歲。他撰寫(xiě)了大約30頁(yè)的手稿，形成了狹義相對(duì)論理論的雛形，給出了關(guān)于時(shí)間與空間的相對(duì)論關(guān)系，成為了人類(lèi)歷史上最重要的學(xué)科論文之一。

1905年9月25日，這篇題為“論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)”的論文在《物理學(xué)雜志》第17卷上發(fā)表了出來(lái)，它是愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論的鴻蒙開(kāi)篇，更是物理學(xué)的創(chuàng)世杰作。

狹義相對(duì)論的優(yōu)越性不只在高速情況下才表現(xiàn)出來(lái)，即使在日常生活，也不可能完全與高速運(yùn)動(dòng)割裂開(kāi)來(lái)。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，諸如核能的開(kāi)發(fā)、粒子加速器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等都與狹義相對(duì)論緊密相關(guān)。

狹義相對(duì)論的創(chuàng)建稱得上是物理學(xué)真正意義上的一場(chǎng)革命。

轉(zhuǎn)載自《科學(xué)歷2018科學(xué)史上的今天》，由科學(xué)π工作室編著。

科學(xué)小講堂

狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的區(qū)別？

狹義相對(duì)論又稱特殊相對(duì)論，廣義相對(duì)論又稱一般相對(duì)論。

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，時(shí)間是獨(dú)立于空間的單獨(dú)一維（因而也是絕對(duì)的）。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(ài)因斯坦(Albert Einstein)在1915年發(fā)表的理論。愛(ài)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(méi)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(ài)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(wú)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。

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