其實，愛因斯坦本人曾經(jīng)出過一本書《狹義與廣義相對論淺說》，如果想詳細了解相對論的前世今生，可以拜讀這本身，會有一種與大師面對面對話的感受，別有一番風味。
愛因斯坦和相對論，幾乎完全可以劃等號，都是偉大的象征。關(guān)于愛因斯坦是如何構(gòu)建出偉大的相對論的，過程肯定相當復(fù)雜，也不是一兩句話能說得清楚的，詳細解說的話，估計需要長篇論文才行，顯然，這對于普通的科學(xué)愛好者來講并不友好。
科普，還是要以通俗為主，在通俗的基礎(chǔ)上盡可能做到嚴謹。所以，在這里我就盡可能長話多說，用通俗的語言把愛因斯坦創(chuàng)建相對的過程濃縮出來。
愛因斯坦對前輩麥克斯韋是相當崇拜和欣賞的，我們都知道，麥克斯韋創(chuàng)建了電磁理論，統(tǒng)一了電和磁，尤其是他提出的麥克斯韋方程組，堪稱人類歷史上最偉大最美的方程。
而愛因斯坦對麥克斯韋方程組更是癡迷不已，而麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來的光速計算公式，更是讓愛因斯坦有些驚訝和不解。
該公式表明，光速是一個常數(shù)，只與真空的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率有關(guān)，而與參照系沒有任何關(guān)系。
這就很奇怪了，在牛頓經(jīng)典力學(xué)提下下，時空是絕對的，同時任何速度都是相對的，都需要有參照系才有意義。比如說，我們平時所說的速度都是默認地面為參照系，在我們的固有思維里，沒有參照系的速度是毫無意義的。
但光速看起來如此特殊，它是不需要參照系的，是絕對的。
光速的這種特殊性意味著什么？意味著“要么牛頓經(jīng)典力學(xué)錯了，要么麥克斯韋方程組錯了”。
而不管哪個錯了，對于當時的物理學(xué)界來講都是災(zāi)難性的，前者統(tǒng)治了物理學(xué)界幾百年，很多物理學(xué)家都視牛頓經(jīng)典力學(xué)為神明。而后者統(tǒng)一了電磁學(xué)，同樣偉大。
怎么辦？當時的很多物理學(xué)界大佬哪個都不敢得罪，于是不斷在牛頓經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋方程組之間來回搖擺，左右逢源，通過各種方式試圖調(diào)和兩者之間的矛盾，而“以太”的概念就是在這種背景下出現(xiàn)的，以太是假設(shè)的概念，被認為是光速的參照系，也是絕對靜止的參照系。
但是以太的概念不但沒能解決牛頓經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋方程組之間的矛盾，反而引發(fā)了更多更大的問題，最關(guān)鍵的是，在物理學(xué)家進行的實驗當中，根本無法證實以太的存在，比如說著名的邁克爾遜莫雷實驗。
顯然，越來越多的事實表明，牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)，絕對時空觀已經(jīng)站不住腳了，但想讓當時的物理學(xué)界放棄絕對時空觀談何容易？
還是得偉大的愛因斯坦出面，他天才的大腦提出了顛覆性的相對時空觀，直接拋棄了牛頓力學(xué)體系下的絕對時空觀，在光速不變原理和相對性原理的前提下，提出了偉大的狹義相對論。
而狹義相對論體系下的很多公式，比如說鐘慢效應(yīng)公式，尺縮效應(yīng)公式，質(zhì)增效益公式等，其實都只是純數(shù)學(xué)推算，推導(dǎo)的過程并不復(fù)雜，《狹義與廣義相對論淺說》這本書籍里也有推導(dǎo)過程，有興趣的可以看看，看過之后你自己也可以完全推導(dǎo)出來，甚至都不涉及任何復(fù)雜的運算。
不過，愛因斯坦對于狹義相對論并不滿意，因為狹義相對論只適用于慣性系，但在現(xiàn)實世界，慣性系其實是不存在的，它只是理想狀態(tài)的參照系。在現(xiàn)實世界，引力無處不在，所以要想讓狹義相對論在非慣性系中同樣適用，必須把引力考慮進去。
而這時候就是真正體現(xiàn)愛因斯坦天才顛覆性大腦思維的時候。他發(fā)現(xiàn)，在引力場中，物體受到的引力與質(zhì)量成正比，于是，在引力場中，自由落體的物體就可以看做是一個慣性參照系。
這個結(jié)論其實得益于愛因斯坦觀察到的一種現(xiàn)象：等效原理，說白了就是“慣性質(zhì)量”與“引力質(zhì)量”其實是一回事，兩者是等效的。
舉個例子，你在一個密閉箱子里，箱子以9.8的加速度向上加速，你在箱子里的感受與站在地面上靜止不動的感受是完全相同的，你也無法區(qū)分自己到底是站在箱子里，還是靜止在地面上。
等效原理看起來很簡單，說出來我們都能理解，但其實一點也不簡單，這讓愛因斯坦直接洞察到了引力的本質(zhì)：時空彎曲。當然，這個過程對于愛因斯坦來講是相當漫長復(fù)雜的，直到他了解到了黎曼幾何，才讓愛因斯坦找到合適的數(shù)學(xué)工具來描述時空彎曲。
與狹義相對論相比，廣義相對論要復(fù)雜很多，涉及高等數(shù)學(xué)，比如說黎曼幾何，張量，微積分等，其中引力場方程的求解更為復(fù)雜，晦澀難懂，即便是愛因斯坦本人也只是利用近似的方法進行求解。
愛因斯坦的相對論誕生一百多年來，受到了各種質(zhì)疑，尤其是一開始，更是質(zhì)疑聲不斷，但相對論經(jīng)受住了質(zhì)疑，在一百多年的時間里仍舊屹立不倒?？茖W(xué)家們的觀測一次又一次地印證了相對論當時的預(yù)測，也都證實了相對論的可靠性。
最后我還想說，短短的一篇科普文顯然不足以描述愛因斯坦創(chuàng)建相對論的過程，所以，如果有興趣，還是希望你能拜讀一下《狹義與廣義相對論淺說》，里面詳細描述了愛因斯坦創(chuàng)建狹義和廣義相對論的過程。
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