科技梦境 62.爱因斯坦

62.爱因斯坦

那个介绍员说了声：“我去看看资料再给你们详细介绍介绍啊，现在那边坐坐吧。”

张艺涵三人走向了介绍员所指的地方，原来是一排沙发。

沙发后面有这一排书架，书架上各种各样的书都有，张艺涵选了一本《爱因斯坦传》，准备细读。

阿尔伯特·爱因斯坦(德语/英语:albert einstein;1879年3月14日-1955年4月18日)，出生于德国巴登-符腾堡州乌尔姆市，现代物理学家。

爱因斯坦出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭(父母均为犹太人)。1900年毕业于瑞士苏黎世联邦理工学院，入瑞士国籍 。1905年，爱因斯坦获苏黎世大学物理学博士学位，并提出光子假设、成功解释了光电效应(因此获得1921年诺贝尔物理学奖) ;同年创立狭义相对论，1915年创立广义相对论，1933年移居美国、在普林斯顿高等研究院任职，1940年加入美国国籍同时保留瑞士国籍 。1955年4月18日，爱因斯坦于美国新泽西州普林斯顿逝世，享年76岁 。

1999年12月，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为20世纪的”世纪伟人(Person of the century)”。

爱因斯坦的理论为核能的开发奠定了理论基础，为帮助对抗纳粹，他曾在利奥·西拉德等人的协助下曾致信美国总统富兰克林·罗斯福、直接促成了曼哈顿计划的启动，而二战后他积极倡导和平、反对使用核武器，并签署了《罗素-爱因斯坦宣言》 。爱因斯坦开创了现代科学技术新纪元，被公认为是继伽利略、牛顿之后最伟大的物理学家，也是批判学派科学哲学思想之集大成者和发扬光大者。

1888年（9岁），爱因斯坦入路易波尔德高级中学学习。在学校受宗教教育，接受受戒仪式，弗里德曼是指导老师。

1889年（10岁），在医科大学生塔尔梅引导下，读通俗科学读物和哲学著作。

1891年（12岁），自学欧几里德几何，同时开始自学。爱因斯坦开始怀疑欧几里德的假定。

1892年（13岁），开始读康德的著作。

1894年（15岁），爱因斯坦一家人移居意大利。

1895年（16岁），自学完微积分。同年，爱因斯坦在瑞士理工学院的入学考试失败。爱因斯坦开始思考当一个人以光速运动时会看到什么现象。对经典理论的内在矛盾产生困惑。

1896年（17岁），获阿劳中学毕业证书。10月29日，爱因斯坦迁居苏黎世并在瑞士理工学院就读。

1899年10月19日（20岁），爱因斯坦正式申请瑞士公民权。

1900年8月（21岁），爱因斯坦毕业于苏黎世联邦工业大学；12月完成论文《由毛细管现象得到的推论》，次年发表在莱比锡《物理学杂志》上并入瑞士籍。

1901年3月21日（22岁），取得瑞士国籍。在这一年5－7月完成电势差的热力学理论的论文。

1902年6月16日（23岁），被瑞士伯尔尼专利局雇佣。

1903年（24岁），他与大学同学米列娃·玛丽克结婚。他们结婚前就已经有了第一个孩子。

1904年（25岁）9月，由专利局的试用人员转为正式三级技术员。

1905年（26岁）3月，发表量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》，取得博士学位。5月完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。

1906年（27岁）4月，晋升为专利局二级技术员。11月完成固体比热的论文，这是关于固体的量子论的第一篇论文。

1907年（28岁）升职为专利局一级技术员。

1908年（29岁）10月，兼任伯尔尼大学特级讲师。

1909年（30岁）10月，离开伯尔尼专利局，任理论物理学副教授。

1910年（31岁）10月，完成关于临界乳光的论文。

1911年（32岁），从瑞士迁居到布拉格。

1912年（33岁），提出“光化当量”定律。

1913年（34岁），重返德国，任柏林威廉皇帝物理研究所长和柏林洪堡大学教授，并当选为普鲁士科学院院士。

折叠震惊世界

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。

1915年（36岁）11月，提出《广义相对论》引力方程的完整形式，并且成功地解释了水星近日点运动。

1916年（37岁）3月，完成总结性论文《广义相对论的基础》。5月，提出宇宙空间有限无界的假说。8月，完成《关于辐射的量子理论》，总结量子论的发展，提出受激辐射理论。

1917年（38岁），列宁领导的苏联社会主义革命胜利后，爱因斯坦非常支持这个伟大的革命，赞扬这是一次对全世界将有决定性意义的、伟大的社会实践，并表示：“我尊敬列宁，因为他是一位有完全自我牺牲精神，全心全意为实现社会正义而献身的人。我并不认为他的方法是切合实际的，但有一点可以肯定：像他这种类型的人，是人类良心的维护者和再造者。”

爱因斯坦和他的妻子和儿子

爱因斯坦和他的妻子和儿子

1919年（40岁），爱因斯坦与米列娃离婚，同年，与表姐艾尔莎结婚。

1921年（42岁），爱因斯坦因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖，他的研究推动了量子力学的发展。1月，访问布拉格和维也纳。同年1月27日在普鲁士科学院作《几何学和经验》的报告。2月，去阿姆斯特丹参加国际工联会议。4月5日至5月30日，为了给耶路撒冷的希伯莱大学的创建筹集资金，同魏茨曼一起首次访问美国。在哥伦比亚大学获巴纳德勋章。在白宫受哈丁总统接见。在访问芝加哥、波士顿和普林斯顿期间，就相对论进行了4次讲学。6月，访问英国，拜谒了牛顿墓地。

1922年（43岁）1月，完成关于统一场论的第一篇论文。3—4月访问法国，努力促使法德关系正常化。发表批判马赫哲学的谈话。4月，参加国际联盟知识界合作委员会。7月，受到被谋杀的威胁，暂离柏林。沿途访问科伦坡、新加坡、香港和上海。

1922年11月9日，在去日本—上海的途中，爱因斯坦通过电报知道被授予1921年诺贝尔物理学奖。

1923年（44岁）2月2日，从日本返回途中，到巴勒斯坦访问，逗留12天。

1923年2月8日，成为特拉维夫市的第一个名誉公民。

爱因斯坦和他的第一任妻子米列娃

爱因斯坦和他的第一任妻子米列娃

从巴勒斯坦返回德国途中，访问了西班牙。3月，爱因斯坦对国联的能力大失所望，向国联提出辞职。6—7月，帮助创建“新俄朋友协会”，并成为其执行委员会委员。7月，到哥德堡接受1921年度诺贝尔奖金。并讲演相对论，作为对得到诺贝尔奖金的感谢。发现了康普顿效应，解决了光子概念中长期存在的矛盾。12月，第一次推测量子效应可能来自过度约束的广义相对论场方程。

1924年（45岁）加入柏林的犹太组织，并成为缴纳会费的会员。6月，重新考虑加入国联。12月，取得最后一个重大发现，从统计涨落的分析中得出一个波和物质缔合的独立的论证。此时，还发现了玻色—爱因斯坦凝聚态。

1925年（46岁）受聘为德苏合作团体“东方文化技术协会”理事。5月—6月，去南美洲访问。与甘地和其他人一道，在拒绝服兵役的声明上签字。接受科普列奖章。为希伯莱大学的董事会工作。发表《非欧几里德几何和物理学》。

1926年（47岁）同海森堡讨论关于量子力学的哲学问题。接受“皇家天家”的金质奖章。接受为苏联科学院院士。

爱因斯坦和他第二任妻子艾尔莎

爱因斯坦和他第二任妻子艾尔莎

1927年（48岁）2月，在巴比塞起草的反法西斯宣言上签名。参加国际反帝大同盟，被选为名誉大使。10月参加第五届布鲁塞尔索尔维物理讨论会，开始同哥本哈根学派就量子力学的解释问题进行激烈论战。发表《牛顿力学及其对理论物理学发展的影响》。

1928年（49岁）1月，被选为“德国人权同盟”（前身为德国“新祖国同盟”）理事。春，由于身体过度劳累，健康欠佳，到瑞士达伏斯疗养，并为疗养青年讲学。发表《物理学的基本概念至其最近的变化》。4月，海伦·杜卡斯开始到爱因斯坦家担任终生的私人秘书。

1929年（50岁）2月，发表《统一场论》。3月，50岁生日，躲到郊外以避免生日庆祝会。第一次访问比利时皇室，与伊丽莎白女皇结下友谊，直到去世之前一直与比利时女皇通信。普朗克奖章。9月，同法国数学家阿达马进行关于战争与和平问题的争论，坚持无条件地反对一切战争。

1930年（51岁）不满国际联盟在改善国际关系上的无所作为，提出辞职。5月，在“国际妇女和平与自由同盟”的世界裁军声明上签字。7月，同泰戈尔争论真理的客观性问题。12月11日—1931年3月4日，爱因斯坦再次到美国访问，主要在加州理工学院。

爱因斯坦

爱因斯坦

1930年12月13日，沃克市长向爱因斯坦赠送纽约市的金钥匙。

1930年12月19日—20日，访问古巴。发表《我的世界观》、《宗教和科学》等文章。

1931年（52岁）3月，从美国回柏林。5月，访问英国，在牛津讲学。11月，号召各国对日本经济封锁，以制止其对中国的军事侵略。12月，再度去加利福尼亚讲学。为参加1932年国际裁军会议，特地发表了一系列文章和演讲。发表《麦克斯韦对物理实在观念发展的影响》。

1932年（53岁）2月，对于德国和平主义者奥西茨基被定为叛国罪，在帕莎第纳提出抗议。3月，从美国回柏林。5月，去剑桥和牛津讲学，后赶到日内瓦列席裁军会议，感到极端失望。6月，同墨菲作关于因果性问题的谈话。7月，同弗洛伊德通信，讨论战争的心理问题。号召德国人民起来保卫魏玛共和国，全力反对法西斯。12月10日，和妻子离开德国去美国。原来打算访问美国，然而，他们从此再也没有踏上德国的领土。

1933年（54岁）德国纳粹政府查抄他在柏林的寓所，焚毁其书籍，没收其财产，并悬赏十万马克索取他的人头。爱因斯坦当时在普林斯顿大学任客座教授，得知消息后便加入美国国籍。

爱因斯坦

爱因斯坦

1934年（55岁）文集《我的世界观》由其继女婿鲁道夫·凯泽尔编辑出版。1935年5月到百慕大作短期旅行。在百慕大正式申请永远在美国居住。这也是他最后一次离开美国。获富兰克林奖章。同波多耳斯基和罗森合作，发表向哥本哈根学派挑战的论文，宣称量子力学对实在的描述是不完备的。为使诺贝尔和平奖赠予关在纳粹集中营中的奥西茨基而奔走。

1936年（57岁）开始同英费尔德和霍夫曼合作研究广义相对论的运动问题。12月20日，妻艾尔莎病故。发表《物理学和实在》、《论教育》。

1937年（58岁）3月—9月，参加由英费尔德执笔的通俗册子《物理学的进化》的编写工作。3月，声援中国“七君子”。6月，同英费尔德和霍夫曼合作完成论文《引力方程和运动问题》，从广义相对论的场方程推导出运动方程。

1938年（59岁）同柏格曼合写论文《卡鲁查电学理论的推广》。

1939年（60岁）8月2日，在西拉德推动下，上书罗斯福总统，建议美国抓紧原子能研究，防止德国抢先掌握元子弹。妹妹玛雅从欧洲来美，在爱因斯坦家长期住下来。

1940年（61岁）5月15日，发表《关于理论物理学基础的考查》。5月22日，致电罗斯福，反对美国的中立政策。10月1日，取得美国国籍。同年爱因斯坦写了一篇著名论文，为他的这一命题进行辩护，即“我不信仰一个人格化的神”

1941年（62岁）发表《科学和宗教》等文章。

1942年（63岁）10月，在犹太人援苏集会上热烈赞扬苏联各方面的成就。

1943年（64岁）5月，作为科学顾问参与美国海军部工作。

1944年（65岁）为支持反法西斯战争，以600万美元拍卖1905年狭义相对论论文手稿。发表对罗素的认识论的评论。12月，同斯特恩、玻尔讨论原子武器和战后和平问题，听从玻尔劝告，暂时保持沉默。

1945年（66岁）3月，同利奥·西拉德讨论原子军备的危险性，写信介绍西拉德去见罗斯福，未果。4月，从高等学术研究院退休（事实上依然继续照常工作）。9月，连续发表一系列关于原子战争和世界政府的言论。

1946年（67岁）5月，发起组织“原子科学家非常委员会”，担任大使。5月，接受黑人林肯大学名誉博士学位。写长篇《自述》，回顾一生在科学上探索的道路。5月，妹妹玛雅因中风而瘫痪，以后每夜念书给她听。10月，给联合国大会写公开信，敦促建立世界政府。

1947年（68岁），继续发表大量关于世界政府的言论。9月，发表公开信，建议把联合国改组为世界政府。

1948年（69岁）4月，同天家夏普林利合作，全力反对美国准备对苏联进行“预防性战争”。抗议美国进行普遍军事训练。发表《量子力学和实在》。前妻米列娃在苏黎世病故。12月，作剖腹手术，在腹部主动脉里发现一个大动脉瘤。

1949年（70岁）1月13日，爱因斯坦出院。1月，写《对批评的回答》，对哥本哈根学派在文集《阿尔伯特·爱因斯坦：哲学家—科学家》中的批判进行反批判。11月，“原子科学家非常委员会”停止活动。

1950年（71岁）2月13日，发表电视演讲，反对美国制造氢弹。4月，发表《关于广义引力论》。《晚年集》出版。3月18日，在遗嘱上签字盖章。内森博士被指名为唯一的遗嘱执行人。遗产由内森博士和杜卡斯共同托管。信件和手稿的最终贮藏所是希伯莱大学。其他条款当中还有：小提琴赠给孙子伯恩哈德·凯撒。

爱因斯坦这封信写于1954年1月3日

1951年（72岁），连续发表文章和信件，指出美国的扩军备战政策是世界和平的严重障碍。6月，妹妹玛娅在长期瘫痪后去世。9月，“原子能科学家非常委员会”解散。

1952年（73岁）发表《相对论和空间问题》、《关于一些基本概论的绪论》。11月，以色列第1任总统哈伊姆·魏茨曼死后，以色列政府请他担任第2任总统，被拒绝。

1953年（74岁）4月3日，给伯尔尼时代的旧友写《奥林匹亚科学院颂词》，缅怀青年时代的生活。5月16日，给受迫害的教师弗劳恩格拉斯写回信，号召美国知识分子起来坚决抵抗法西斯迫害，引起巨大反响。为纪念玻恩退休，发表关于量子力学解释的论文，由此引起两人之间的激烈争论。发表《〈空间概念〉序》。

1954年（75岁）3月，75岁生日，通过“争取公民自由非常委员会”，号召美国人民起来同法西斯势力作斗争。3月，被美国参议员麦卡锡公开斥责为“美国的敌人”。5月，发表声明，抗议对奥本海默的政治迫害。秋因患溶血性贫血症卧床数日。11月18日，在《记者》杂志上发表声明，不愿在美国做科学家，而宁愿做一个工匠或小贩并完成了《非对称的相对论性理论》。

1955年（76岁）2月，同罗素通信讨论和平宣言问题。3月，写《自述片断》，回忆青年时代的学习和科学探索的道路。4月3日，同科恩谈论关于科学史等问题。4月5日，驳斥美国法西斯分子给他扣上“颠覆分子”帽子。4月11日，在宣言上签名。4月13日，在草拟一篇电视讲话稿时发生严重腹痛，后诊断为动脉出血。4月15日进普林斯顿医院。4月18日，爱因斯坦被诊断出患有主动脉瘤，18日午夜在睡梦中感到呼吸困难，主动脉瘤破裂导致大脑溢血破裂，而逝世于普林斯顿。一位名叫托马斯·哈维的医生在验尸过程中，在经爱因斯坦的长子汉斯允许下，取下爱因斯坦的大脑保存，这位病理医生希望未来神经科学界能够研究爱因斯坦的大脑，以发现爱因斯坦那么聪明的原因。为遵照爱因斯坦的遗嘱，他死后并没有举行任何丧礼，也不筑坟墓，不立纪念碑，骨灰撒在永远保密的地方，目的是不会令埋葬他的地方成为圣地。

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，他产生了一个想法，如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢？他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗？

与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊，用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪的笛卡尔和其后的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，19世纪，却是波动说占了绝对优势。以太的学说也大大发展：波的传播需要媒质，光在真空中传播的媒质就是以太，也叫光以太。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。例如，两辆汽车，一辆向你驶近，一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近，后一辆车的灯光远离。根据伽利略理论，向你驶来的车将发出速度大于c（真空光速3x10^8m/s3105km/s）的光，即前车的光的速度光速 车速；而驶离车的光速小于c，即后车光的速度光速-车速。但按照，这两种光的速度相同，因为在麦克斯韦的理论中，车的速度有无并不影响光的传播，说白了不管车子怎样，光速等于c。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢？

爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。爱因斯坦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。经过研究爱因斯坦发现，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。于是他想到：以太绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？这时他一开始怀疑以太存在的必要。

爱因斯坦喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收思想营养，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明，却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，相对论原理应该普遍成立，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。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。

190

宇宙

宇宙

5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。狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。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。对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。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。

光信号可能是用来对时钟最合适的信号，但光速非无限大，这样就产生一个新奇的结论，对于静止的观察者同时的两件事，对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车，它的速度接近光速。列车通过站台时，甲站在站台上，有两道闪电在甲眼前闪过，一道在火车前端，一道在后端，并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹，通过测量，甲与列车两端的间距相等，得出的结论是，甲是同时看到两道闪电的。因此对甲来说，收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离，并同时到达他所在位置，这两起事件必然在同一时间发生，它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙，情况则不同，因为乙与高速运行的列车一同运动，因此他会先截取向着他传播的前端信号，然后收到从后端传来的光信号。对乙来说，这两起事件是不同时的。也就是说，同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。

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：emc^2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。

广义相对论的建立

1905年，

爱因斯坦

爱因斯坦

爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后，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。

1907年，爱因斯坦听从友人的建议，提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位，但得到的答复是论文无法理解。虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气，但在瑞士，他却得不到一个大学的教职，许多有名望的人开始为他鸣不平，1908年，爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位，并在第二年当上了副教授。1912年，爱因斯坦当上了教授，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，爱因斯坦正在接受完成广义相对论。

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》，在这篇文章中他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。他还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。

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”。爱因斯坦成了新闻人物，他在1916年写了一本通俗介绍相对论的书《狭义与广义相对论浅说》，到1922年已经再版了40次，还被译成了十几种文字，广为流传。

在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年 ，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。