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前面我们已经分享麦克斯韦电磁理论在物理学上的贡献，
今天我们将继续跟大家分享——爱因斯坦和相对论
这一节先我们介绍爱因斯坦的生平和他的相对论。
本文节选自北大物理学教授秦克诚先生的《方寸格致》！
爱因斯坦是历史上最伟大的物理学家。他的工作影响到我们生活的方方面面。他的名字为公众所熟悉，各国发行了大量纪念他的邮票，
反映他的工作和生活。爱因斯坦是邮票最多的物理学家。越来越多的邮票从不同的角度表现爱因斯坦一生的轨迹，必将有助于公众更了解爱因斯坦。现有的爱因斯坦邮票总共约有二三百张。由于爱因斯坦的邮票实在太多，这里刊出的邮票离完备还很远，只能介绍主要、常见的邮票。
爱因斯坦于1879年3月14日出生于德国的一个犹太家庭。他从小就坚持独立思考，反抗传统的桎梏，富有叛逆精神，对当时德国学校中窒息自由思想的军国主义教育深恶痛绝。后来他曾说过：“对一个随着军乐队在队列中摇头晃脑齐步走的人，我只能给予鄙视。他长着一个脑袋简直是个错误，这样的人一根脊髓就够了。”他终生保持着对德国的厌恶情绪。1894年，他全家移居意大利的米兰，把他一个人留在慕尼黑上中学。由于厌恶德国学校，
一年不到，中学还没毕业，他就自动放弃学籍回到意大利家中。1895年，他到瑞士的阿劳进大学预科班。
他喜欢瑞士比较自由宽松的气氛，办理了放弃德国国籍的手续。1896年进苏黎世的联邦综合工业大学师范系学习物理学，1900年毕业。1901年，他加入瑞士国籍。
此后，终爱因斯坦一生，即使在他回柏林担任普鲁士科学院院士时和入籍美国后，他都保留了瑞士公民身份（图38-1）。
图38-1（马里1999）
大学毕业后，他找不到工作，只能当代课教师和替人补习物理为生。1902年，他的同学格罗斯曼的父亲替他在伯尔尼的联邦专利局找到一份工作，从事专利申请的技术鉴定他对这项工作挺满意，因为他在处理公务、审定专利之余，还有时间自己思考问题。他在这个岗位上干了七年。
1905年是爱因斯坦奇迹年。在这一年里，瑞士联邦专利局的小职员、26岁的爱因斯坦，用业余时间完成了4篇划时代的论文，连同他的博士学位论文一共是5篇，涉及分子物理学、
狭义相对论和量子论三个方面，每一篇都足以使他在物理学史上占据不朽的地位，创造了科学史上的奇迹。这种旺盛的创造力，只有当年在伍尔索普农场躲避瘟疫的24岁的牛顿可以相比。2005年被定为世界物理年，正是为了纪念爱因斯坦奇迹年100周年和他逝世50周年。
这5篇论文中，关于分子物理学的两篇。一篇是他论测定分子大小的博士论文，他在文中提出了一种测定分子大小和阿伏伽德罗常量的新方法；另一篇是关于布朗运动的理论，他在此文中的预言后来由法国物理学家佩兰以很高的精度在实验上证实。这两篇论文及其成功证实为原子和分子的存在提供了确凿的证据。在关于光电效应理论的论文中，爱因斯坦提出光量子（光子）概念以解释光电效应的规律。光子是普朗克提出的能量子概念的进一步发展。能量子只是辐射场与物质相互作用时以hυ的整数倍交换能量，
而光子则是假设辐射场本身以 hυ的形式存在。
新的时空观是如此超出日常经验，人们不容易接受。因此相对论并没有很快得到物理学界承认。普朗克和他的助教劳厄是最早支持相对论的人。普朗克从《物理学年刊》
编辑部看到爱因斯坦的文章后，立即看出它的价值。他给爱因斯坦写信，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼比美。他并在柏林大学主持了相对论的讨论班，还在相对论力学方面做了一些工作。爱因斯坦自己也认为，相对论很快引起了物理学界的兴趣，很大程度上是由于普朗克对它的热情和坚决的支持。劳厄参加了普朗克的讨论班，深为相对论所吸引。1906年他专去伯尔尼拜访爱因斯坦，发现爱因斯坦“
教授” 原来是一个和自己同岁、不修边幅的年轻人。从此他们成为终生的挚友。1911年，劳厄写了世界上第一本介绍狭义相对论的专著《相对性原理》。
创立狭义相对论是爱因斯坦伟大的贡献之一。
前面已经看到，狭义相对论的许多公式，如洛仑兹变换、质量随速率的变化等，洛伦兹和庞加莱在爱因斯坦之前已经得到了。那么，为什么我们说狭义相对论是爱因斯坦创立的呢？这是因为，他们的出发点和思路是完全不同的，
得到的公式虽然形式一样，意义却完全不同。爱因斯坦是从麦克斯韦方程应当满足相对性原理出发，把相对性原理和光速不变原理这两条似乎矛盾的原理作为基本假设，突破了绝对时空的框架，推导出简洁明快的理论；而洛伦兹则是要在绝对时空的框架内解决以太漂移的问题，作出种种特定的假设，运动的相对性只是满足一些特定假设的动力学所导出的运动学效应。相对论里的长度收缩是一种空间变换性质，与任何物质的具体结构无关，虚空也会出现收缩，而洛伦兹则假设长度收缩与分子力的变化有关。这里的关键是扬弃牛顿的绝对时间的观念。爱因斯坦曾这样回忆自己发现新观念的过程：“忽然我领悟到这个问题（指相对性原理和光速不变原理的表观矛盾）
的症结所在。这个问题的答案在于对时间概念的分析，不可能绝对地确定时间，在时间与信号速度之间有着不可分割的联系。利用这个新观念，我第一次彻底解决了这个难题。”他又说：“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里，
任何想要令人满意地澄清这个悖论的尝试都是注定要失败的。”洛伦兹和庞加莱正是由于没有跳出绝对时空的框架，虽然走到相对论的边缘，
却没能创立相对论。
建立了狭义相对论之后，爱因斯坦接着展开了关于广义相对论的研究。狭义相对论研究两个惯性参照系之间的相对性，而广义相对论则研究两个任意参照系之间的相对性。1907年，他根据伽利略发现的惯性质量与引力质量相等的事实，提出引力与惯性力等价的等效原理（见前面第7节的图7-16）。1915年，爱因斯坦建立了引力场方程。1916年发表总结性论文《论广义相对论的基础》，爱因斯坦在广义相对论上花费了整整10年。广义相对论是一个时空理论，也是一个引力理论。物质使时空发生弯曲，引力由空间的曲率决定。人们常用这样两句话来通俗表述广义相对论：“物质告诉时空怎样弯曲，时空告诉物质怎样运动。”常常用一张二维橡皮膜在重物下的凹陷来形象地表示物质对其附近的三维空间与量子力学是由多人以“群众运动”的方式建立的情况不同，建立相对论基本上是爱因斯坦一个人的工作。爱因斯坦本人更欣赏他在广义相对论方面的工作。他曾对他的助手英费耳德说：
“要是我没有发现狭义相对论，也会有别人发现的：问题已经很明确了。但是我认为，广义相对论的情况不是这样。”他这段话强调了，广义相对论涉及的内容和发现它的动机，与其他物理学家的关注和兴趣相去甚远。
今天就先跟大家分享到这里，明天我们继续为大家分享——爱因斯坦的量子理论
今天就先跟大家分享到这里，明天我们继续为大家分享!
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