了得網傳記_愛因斯坦/科學大師啟蒙文庫

什麼是相對論？我高興地應你們一位同事的請求，為《泰晤士報》寫點關於相對論的東西。在學術界人士之間活躍的來往不幸斷*之後，我歡迎有這樣一個機會來表達我對英國天文學家和物理學家的喜悅和感激的心情。為了驗證一個在戰爭時期在你們的敵**完成並且發表的理論，你們**的科學家們耗費了很多時間和精力，你們的科學機關也花費了許多金錢，這**符合於你們**科學工作的偉大光榮傳統。即使研究太陽的引力場對於光線的影響是一件純客觀的事情，但我還是忍不住要為我的英國同事們的工作，表示我個人的感謝；因為要是沒有這一工作，也許我就難以在我活著的時候看到我的理論的*重要的含義得到驗證。
我們可以把物理學中的理論分成不同的種類。大多數理論是構成性的，它們企圖從比較簡單的形式草圖出發，並以此為材料，對比較復雜的現像構造出一幅圖像。氣體分子運動論就是這樣力圖把機械的、熱的和擴散的過程都歸結為分子運動，即把這些過程建立在分子運動的假說上。當我們說，我們已經成功地了解了一組自然過程，我們的意思必然是指：概括這些過程的構成性的理論已經建立了起來。
同這一類*重要的理論一道的，還存在著第二類的理論，我想叫它們為“原理的理論”。它們用的是分析方法，而不是綜合方法。形成它們的基礎和出發點的要素不是在假說上構造出來的，而是在經驗中發現了的，它們是自然過程的普遍特征，即原理。這些原理給出了各個過程或者它們的理論表述所必須滿足的數學形式的判據。熱力學就是這樣力圖用分析方法，從不可能有永恆運動這一普遍經驗得到的事實出發，推導出一些為各件事都必須滿足的必然關繫。
構成性理論的優點是完備性、適應性和明確性；原理理論的優點則是邏輯上的**和基礎的鞏固。
相對論屬於後一類的理論。為了掌握它的內容首先需要熟悉它所根據的原理。但在我尚未講述這些之前，我必須首先指出，相對論有點像一座兩層建築，這兩層就是狹義相對論和廣義相對論。為廣義相對論所依據的狹義相對論，適用於除了萬有引力以外的一切物理現像；廣義相對論則提供了萬有引力定律，以及它同自然界別種力的關繫。
當然，人們早從古希臘時代起就已經知道：為了描述一個物體的運動，需要另一物體作為**物體運動的參照。一輛車子的運動，是參照地面而說的；一顆行星的運動，是對可見恆星的全體而說的。在物理學中，事件在空間上所參照的物體就叫做坐標繫。例如，伽利略和牛頓的力學定律隻有借助坐標繫纔能用公式列出來。
但是，如果要使力學定律有效，坐標繫的運動狀態就不可任意選擇(它必須沒有轉動和加速度)。力學中容許的坐標繫叫做“慣性繫”。按照力學，一個慣性繫的運動狀態並不是由自然界**地確定的。相反地，下面的定義是成立的：一個對慣性繫作勻速直線運動的坐標繫也同樣是一個慣性繫。所謂“狹義相對性原理”就意味著這個定義的推廣，使得無論哪種自然界事件都包括在內，這樣，凡是對坐標繫C有效的自然界普遍定律，對於一個相對於c作勻速平移運動的坐標繫c’也必定同樣有效。
狹義相對論所根據的第二條原理是“真空中光速不變原理”。這原理斷言：光在真空裡總有一個確定的傳播速度(同觀察者或光源的運動狀態無關)。物理學家之所以信賴這原理，是由於麥克斯韋和洛倫茲的電動力學的成就。
上述兩條原理都被經驗強有力地支持著，但它們在邏輯上好像是相互矛盾的。狹義相對論終於成功地把它們在邏輯上調和了起來，這是由於它修改了運動學——即從物理學的觀點論述空間和時間的規律的學說。這樣就弄清楚了：說兩個事件是同時的，除非指明這是對某一坐標繫來說的，否則就毫無意義；測量工具的形狀和時鐘的快慢都同它們對於坐標繫的運動狀態有關。
但舊的物理學，包括伽利略和牛頓的運動定律，不適合上述的相對論性運動學。如果上述兩條原理真是可適用的，那麼由相對論運動學所得出的普遍性數學條件，必須為自然定律所遵循。物理學必須適應這些條件。特別是科學家得到了一個關於極快地運動著的質點的新的運動定律，這在帶電粒子的情況下已被美妙地證實了。狹義相對論*重要的結果是關於物質體繫的慣性質量。這個結果是：一個體繫的慣性必然同它的能量含量有關。由此又直接導致這樣的觀念：慣性質量就是潛在的能量。質量守恆原理失去了它的獨立性，而同能量守恆原理融合在一起了。
狹義相對論其實就是麥克斯韋和洛倫茲電動力學的有繫統的發展，然而又指向它本身範圍以外。難道物理定律與坐標繫運動狀態無關這一性質隻限於坐標繫的相互勻速移動嗎？我們的坐標繫及其運動狀態同自然界究竟有何關繫呢？如果為了描述自然界必須用到一個由我們任意引進的坐標繫，那麼它的運動狀態的選擇就不應當受到限制；定律應當同這種選擇** 無關(廣義相對性原理)。
下面這一早已為人們所知道了的經驗事實，使這條廣義相對性原理的建立比較容易一些。這個事實是：物體的重量和慣性是受同一常數規定的(慣性質量同引力質量相等)。試設想有一坐標繫，它對於另一在牛頓意義上的慣性繫作勻速運動。依照牛頓的教導，出現在這坐標繫中的離心力應當被看作是慣性的效應。但這些離心力**像重力一樣，是同物體的質量成正比的。在這種情況下，難道不可以把這個坐標繫看作是靜止的，而把離心力看作是萬有引力嗎？這似乎是顯而易見的，但它卻為經典力學所不允許。
P35-37

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