狭义相对论的诞生

1905年，是爱因斯坦的丰收年，这一年，他在德国《物理年鉴》上，先后发表了多篇文章，其中提出了具有开创一个学科领域的光量子说、一个震撼世界的质能公式，还创建了改革人类时空观的狭义相对论。这三样成果都具有划时代的意义。

物理学的两大“基石”——牛顿力学和麦克斯韦方程彼此间是否兼容？爱因斯坦苦思不得其解，他思考了很多问题，例如不同地方的时钟、快速火车的运动。渐渐地，解决问题的关键突然出现在他的脑子里：时间和空间都服从相对论的法则，不再具有牛顿理论中的“绝对性”，而唯有光速是不变的。

在做这一思考的当时，爱因斯坦年仅26岁。他撰写了大约30页的手稿，形成了狭义相对论理论的雏形，给出了关于时间与空间的相对论关系，成为了人类历史上最重要的学科论文之一。

1905年9月25日，这篇题为“论动体的电动力学”的论文在《物理学杂志》第17卷上发表了出来，它是爱因斯坦狭义相对论的鸿蒙开篇，更是物理学的创世杰作。

狭义相对论的优越性不只在高速情况下才表现出来，即使在日常生活，也不可能完全与高速运动割裂开来。在现代科学技术领域中，诸如核能的开发、粒子加速器、全球卫星定位系统（GPS）等都与狭义相对论紧密相关。

狭义相对论的创建称得上是物理学真正意义上的一场革命。

转载自《科学历2018科学史上的今天》，由科学π工作室编著。

科学小讲堂

狭义相对论和广义相对论的区别？

狭义相对论又称特殊相对论，广义相对论又称一般相对论。

狭义相对论，是只限于讨论惯性系情况的相对论。牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性的和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。

广义相对论是爱因斯坦(Albert Einstein)在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在10-12的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。

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