六月三十日
發(fā)布時間：2016-11-14
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摘要：
“論動體的電動力學(xué)”是阿爾伯特·愛因斯坦于1905年6月30日投稿于德國《物理年鑒》(Annalen der Physik)發(fā)表的第一篇狹義相對論論文，
狹義相對論是由愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎(chǔ)上創(chuàng)立的時空理論，是對牛頓時空觀的拓展和修正。 愛因斯坦以光速不變原理出發(fā)，建立了新的時空觀。進一步，閔科夫斯基為了狹義相對論提供了嚴格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)， 從而將該理論納入到帶有閔科夫斯基度量的四維空間之幾何結(jié)構(gòu)中。
牛頓力學(xué)是狹義相對論(Special Relativity)在低速情況下的近似。伽利略變換與電磁學(xué)理論的不自洽。到19世紀末，以麥克斯韋方程組為核心的經(jīng)典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實，但麥克斯韋方程組在經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換下不具有協(xié)變性。而經(jīng)典力學(xué)中的相對性原理則要求一切物理規(guī)律在伽利略變換下都具有協(xié)變性。在這樣的背景下，才有了狹義相對論的產(chǎn)生。
狹義相對論建立以后，對物理學(xué)起到了巨大的推動作用。并且深入到量子力學(xué)的范圍，成為研究高速粒子不可缺少的理論，而且取得了豐碩的成果。然而在成功的背后，卻有兩個遺留下的原則性問題沒有解決。第一個是慣性系所引起的困難。拋棄了絕對時空后，慣性系成了無法定義的概念。我們可以說慣性系是慣性定律在其中成立的參考系。慣性定律的實質(zhì)是一個不受外力的物體保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。然而“不受外力”是什么意思?只能說，不受外力是指一個物體能在慣性系中靜止或勻速直線運動。這樣，慣性系的定義就陷入了邏輯循環(huán)，這樣的定義是無用的。我們總能找到非常近似的慣性系，但宇宙中卻不存在真正的慣性系，整個理論如同建筑在沙灘上一般。第二個是萬有引力引起的困難。萬有引力定律與絕對時空緊密相連，必須修正，但將其修改為洛倫茲變換下形勢不變的任何企圖都失敗了，萬有引力無法納入狹義相對論的框架。當(dāng)時物理界只發(fā)現(xiàn)了萬有引力和電磁力兩種力，其中一種就冒出來搗亂，情況當(dāng)然不會令人滿意。
愛因斯坦只用了幾個星期就建立起了狹義相對論，然而為解決這兩個困難，建立起廣義相對論卻用了整整十年時間。為解決第一個問題，愛因斯坦干脆取消了慣性系在理論中的特殊地位，把相對性原理推廣到非慣性系。因此第一個問題轉(zhuǎn)化為非慣性系的時空結(jié)構(gòu)問題。在非慣性系中遇到的第一只攔路虎就是慣性力。在深入研究了慣性力后，提出了著名的等性原理，發(fā)現(xiàn)參考系問題有可能和引力問題一并解決。幾經(jīng)曲折，愛因斯坦終于建立了完整的廣義相對論。廣義相對論讓所有物理學(xué)家大吃一驚，引力遠比想象中的復(fù)雜的多。至今為止愛因斯坦的場方程也只得到了為數(shù)不多的幾個確定解。它那優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式至今令物理學(xué)家們嘆為觀止。就在廣義相對論取得巨大成就的同時，由哥本哈根學(xué)派創(chuàng)立并發(fā)展的量子力學(xué)也取得了重大突破。然而物理學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)，兩大理論并不相容，至少有一個需要修改。于是引發(fā)了那場著名的論戰(zhàn)：愛因斯坦VS哥本哈根學(xué)派。直到現(xiàn)在爭論還沒有停止，只是越來越多的物理學(xué)家更傾向量子理論。愛因斯坦為解決這一問題耗費了后半生三十年光陰卻一無所獲。不過他的工作為物理學(xué)家們指明了方向：建立包含四種作用力的超統(tǒng)一理論。目前學(xué)術(shù)界公認的最有希望的候選者是超弦理論與超膜理論。
狹義相對論的兩條原理1905年，愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論的奠基性論文《論運動物體的電動力學(xué)》。關(guān)于狹義相對論的基本原理，他寫道：“下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據(jù)的，這兩條原理我們規(guī)定如下：
折疊相對性原理
物理體系的狀態(tài)據(jù)以變化的定律，同描述這些狀態(tài)變化時所參照的坐標(biāo)系究竟是用兩個在互相勻速移動著的坐標(biāo)系中的哪一個并無關(guān)系。
折疊光速原理
任何光線在“靜止的”坐標(biāo)系中都是以確定的速度c運動著，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發(fā)射出來的。”
其中第一條就是相對性原理，第二條是光速不變性(人為假定的）。整個狹義相對論就建筑在這兩條基本原理上。
愛因斯坦的哲學(xué)觀念是，自然界應(yīng)當(dāng)是和諧而簡單的。的確，他的理論常有一種引人注目的特色：出于簡單而歸于深奧。狹義相對論就是具有這種特色的一個體系。狹義相對論的兩條基本原理似乎是并不難接受的“簡單事實”，然而它們的推論卻根本地改變了牛頓以來物理學(xué)的根基。
狹義相對論是由愛因斯坦在洛侖茲和龐加萊等人的工作基礎(chǔ)上創(chuàng)立的時空理論，是對牛頓時空觀的拓展和修正。 愛因斯坦以光速不變原理出發(fā)，建立了新的時空觀。進一步，閔科夫斯基為了狹義相對論提供了嚴格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)， 從而將該理論納入到帶有閔科夫斯基度量的四維空間之幾何結(jié)構(gòu)中。
牛頓力學(xué)是狹義相對論(Special Relativity)在低速情況下的近似。伽利略變換與電磁學(xué)理論的不自洽。到19世紀末，以麥克斯韋方程組為核心的經(jīng)典電磁理論的正確性已被大量實驗所證實，但麥克斯韋方程組在經(jīng)典力學(xué)的伽利略變換下不具有協(xié)變性。而經(jīng)典力學(xué)中的相對性原理則要求一切物理規(guī)律在伽利略變換下都具有協(xié)變性。在這樣的背景下，才有了狹義相對論的產(chǎn)生。
狹義相對論建立以后，對物理學(xué)起到了巨大的推動作用。并且深入到量子力學(xué)的范圍，成為研究高速粒子不可缺少的理論，而且取得了豐碩的成果。然而在成功的背后，卻有兩個遺留下的原則性問題沒有解決。第一個是慣性系所引起的困難。拋棄了絕對時空后，慣性系成了無法定義的概念。我們可以說慣性系是慣性定律在其中成立的參考系。慣性定律的實質(zhì)是一個不受外力的物體保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。然而“不受外力”是什么意思?只能說，不受外力是指一個物體能在慣性系中靜止或勻速直線運動。這樣，慣性系的定義就陷入了邏輯循環(huán)，這樣的定義是無用的。我們總能找到非常近似的慣性系，但宇宙中卻不存在真正的慣性系，整個理論如同建筑在沙灘上一般。第二個是萬有引力引起的困難。萬有引力定律與絕對時空緊密相連，必須修正，但將其修改為洛倫茲變換下形勢不變的任何企圖都失敗了，萬有引力無法納入狹義相對論的框架。當(dāng)時物理界只發(fā)現(xiàn)了萬有引力和電磁力兩種力，其中一種就冒出來搗亂，情況當(dāng)然不會令人滿意。
愛因斯坦只用了幾個星期就建立起了狹義相對論，然而為解決這兩個困難，建立起廣義相對論卻用了整整十年時間。為解決第一個問題，愛因斯坦干脆取消了慣性系在理論中的特殊地位，把相對性原理推廣到非慣性系。因此第一個問題轉(zhuǎn)化為非慣性系的時空結(jié)構(gòu)問題。在非慣性系中遇到的第一只攔路虎就是慣性力。在深入研究了慣性力后，提出了著名的等性原理，發(fā)現(xiàn)參考系問題有可能和引力問題一并解決。幾經(jīng)曲折，愛因斯坦終于建立了完整的廣義相對論。廣義相對論讓所有物理學(xué)家大吃一驚，引力遠比想象中的復(fù)雜的多。至今為止愛因斯坦的場方程也只得到了為數(shù)不多的幾個確定解。它那優(yōu)美的數(shù)學(xué)形式至今令物理學(xué)家們嘆為觀止。就在廣義相對論取得巨大成就的同時，由哥本哈根學(xué)派創(chuàng)立并發(fā)展的量子力學(xué)也取得了重大突破。然而物理學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)，兩大理論并不相容，至少有一個需要修改。于是引發(fā)了那場著名的論戰(zhàn)：愛因斯坦VS哥本哈根學(xué)派。直到現(xiàn)在爭論還沒有停止，只是越來越多的物理學(xué)家更傾向量子理論。愛因斯坦為解決這一問題耗費了后半生三十年光陰卻一無所獲。不過他的工作為物理學(xué)家們指明了方向：建立包含四種作用力的超統(tǒng)一理論。目前學(xué)術(shù)界公認的最有希望的候選者是超弦理論與超膜理論。
狹義相對論的兩條原理1905年，愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論的奠基性論文《論運動物體的電動力學(xué)》。關(guān)于狹義相對論的基本原理，他寫道：“下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據(jù)的，這兩條原理我們規(guī)定如下：
折疊相對性原理
物理體系的狀態(tài)據(jù)以變化的定律，同描述這些狀態(tài)變化時所參照的坐標(biāo)系究竟是用兩個在互相勻速移動著的坐標(biāo)系中的哪一個并無關(guān)系。
折疊光速原理
任何光線在“靜止的”坐標(biāo)系中都是以確定的速度c運動著，不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發(fā)射出來的。”
其中第一條就是相對性原理，第二條是光速不變性(人為假定的）。整個狹義相對論就建筑在這兩條基本原理上。
愛因斯坦的哲學(xué)觀念是，自然界應(yīng)當(dāng)是和諧而簡單的。的確，他的理論常有一種引人注目的特色：出于簡單而歸于深奧。狹義相對論就是具有這種特色的一個體系。狹義相對論的兩條基本原理似乎是并不難接受的“簡單事實”，然而它們的推論卻根本地改變了牛頓以來物理學(xué)的根基。
