愛因斯坦宣讀論文
偉大的科學巨人愛因斯坦在1905年創(chuàng)立了狹義相對論，推翻了牛頓建立的經(jīng)典力學的大廈。但是這一現(xiàn)代物理學的偉大成就似乎太過高深，以致許多人難以接受，愛因斯坦本人也受到了不少的責難。面對整個科學界特別是物理學界的不理解，愛因斯坦沒有退縮和猶豫，他決心在自己的理論中找出不足之處，以進一步完善狹義相對論。
他找出的不足是：狹義相對論只適用于高速運動的慣性參考系，但能否同樣適用于加速運動的參照系呢?這就是新的困擾愛因斯坦的問題。執(zhí)著追求的精神以及對科學真理的堅定信心，使愛因斯坦一心撲在新的試驗與思考之中。1907年，愛因斯坦提出了自然規(guī)律同參照系的運動狀態(tài)無關的假設。這一假設即廣義相對性原理。這個假設成了后來廣義相對論的兩個基本前提之一。另一個基本前提“等效原理”來源于伽利略。在提出廣義相對性原理不久，愛因斯坦在研究加速運動的相對性過程中，接觸到了不少古代實驗，其中就有伽利略的試驗，即在引力場中一切物體都具有同一加速度，也就是慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等。伽利略的這個試驗即有名的比薩斜塔“兩個鐵球同時著地”的故事，當年的試驗(17世紀中期)推翻了亞里士多德關于物體的質(zhì)量與其加速度的關系的錯誤觀點。這個實驗在3個世紀后啟發(fā)了愛因斯坦提出這樣的假設：“引力場同參照系的相當?shù)募铀俣仍谖锢砩贤耆葍r?！边@就是“等效原理”。
愛因斯坦
為了證明“等效原理”，愛因斯坦作了如下試驗：在一部自由下落的升降機里，一個人從口袋里拿出一塊手帕和一塊手表，讓它們從手上自然掉下，如果沒有任何空氣阻力或摩擦力，那么在他自己看來，這兩個物體就停在他松開手的地方。因為在他的坐標系中，引力場已經(jīng)被屏除了。但是，在升降機外面的觀察者看來，則發(fā)現(xiàn)這兩個物體以同樣的加速度向地面落下。這個情況正揭示了引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量相等。即等效原理。
等效原理和相對性原理構成了廣義相對論的基本前提，但是要徹底建成廣義相對論的體系，卻需要精深的數(shù)學知識。1912年，著名數(shù)學家格羅斯曼在專業(yè)上對愛因斯坦給予了無私的幫助，兩人運用當時的數(shù)學最新成果，進行相對論的研究。后來，愛因斯坦在格羅斯曼的幫助下，把黎曼幾何學和四維時空觀引入了物理學研究領域，經(jīng)過3年的艱苦探索，終于在1915年11月25日完成了廣義相對論的理論創(chuàng)建。次年，《廣義相對論的基礎》一文發(fā)表。
愛因斯坦與美國物理學家歐潘海默
廣義相對論實質(zhì)上是一種引力理論。它把幾何學與物理學統(tǒng)一起來，用空間結構的幾何性質(zhì)來表述引力場。愛因斯坦在廣義相對論中擴展了狹義相對論的結果，建立起一些新理論：物理規(guī)律對于一切以任何形式相對運動的觀察者來說都是一樣的;物質(zhì)存在的空間不是平坦的歐幾里德空間而是彎曲的黎曼空間;某一區(qū)域的空間曲率決定于該區(qū)域的物質(zhì)質(zhì)量及其分布狀況，而引力場的強度就體現(xiàn)了這種空間曲率;在引力場中的一切運動都要在時空中走短程線，光線的路程要彎曲，時鐘的走時要變慢。這一系列的理論在更深一層的意義上否定了先前的絕對時空觀。在哲學的認識論上，可以說這一次否定是唯物辯證的物質(zhì)觀、運動觀、時空觀對統(tǒng)治物理學幾百年的機械時空觀的革命。愛因斯坦的相對論在哲學上具有重大意義，它是科學的里程碑。
愛因斯坦在1905年、1915年分別創(chuàng)立的狹義和廣義相對論，是現(xiàn)代物理學革命的重要標志，在自然科學、哲學領域里給人類帶來了深刻的影響。
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