爱恩斯坦相对论

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爱恩斯坦生平

爱因斯坦是当代最伟大的物理学家。他热爱物理学，把毕生献给了物理学的理论研究。人们称他为２０世纪的哥白尼、２０世纪的牛顿。爱因斯坦生长在物理学急剧变革的时期，通过以他为代表的一代物理学家的努力，物理学的发展进入了一个新的历史时期。由伽利略和牛顿建立的古典物理学理论体系，经历了将近２００年的发展，到１９世纪中叶，由于能量守恒和转化定律的发现，热力学和统计物理学的建立，特别是由于法拉第和麦克斯韦在电磁学上的发现，取得了辉煌的成就。这些成就，使得当时不少物理学家认为，物理学领域中原则性的理论问题都已经解决了，留给后人的，只是在细节方面的补充和发展。可是，历史的进程恰恰相反，接踵而来的却是一系列古典物理学无法解释的新现象：以太漂移实验、元素的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等等。在这个新形势面前，物理学家一般企图以在旧理论框架内部进行修补的办法来解决矛盾，但是，年轻的爱因斯坦则不为旧传统所束缚，在洛伦兹等人研究工作的基础上，对空间和时间这样一些基本概念作了本质上的变革。这一理论上的根本性突破，开辟了物理学的新纪元。爱因斯坦一生中最重要的贡献是相对论。

杨振宁眼中的爱因斯坦

我去的时候，他刚刚退休。七十多岁了，他每天仍然从他住的地方步行到研究所去。在我的记忆中，爱因斯坦大概是不开汽车的，我没有看到过他开汽车。人们见到他每天从他的家走到办公室，距离大概有两公里的样子。我跟他的接触很少。那个时候，研究所里有二十多个博士后，我们都是二十几岁的年轻人，整天讨论。我们都非常尊敬爱因斯坦，因为无疑爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家。可是，因为他已经退休了，我们觉得不应该去打扰他，所以我们跟他的接触并不多。
　　我介绍大家去看派斯在4年以前所写的爱因斯坦的一个科学传记。以前虽然有过很多爱因斯坦的传记，但都不是真正深入做理论物理的学者所写的。这却是第一次，所以立刻就成了一本非常重要的书。书名取了爱因斯坦的一句名言，意思是说上帝不那么简单，可也不是狠毒的。上帝创造了自然，自然的规律是很妙的，但并不是故意引你入歧途，使你不懂。只要你弄对了，你就可以懂。派斯就拿它做了书的名字。

爱恩斯坦第四假设

爱因斯坦的第四假设是其第一假设的推广。它可以这样表述：自然法则在所有的系中都是相同的。不可否认，宣称所有系中的自然规律都是相同的比称只有在伽利略系中自然规律相同听起来更"自然"。但是我们不知道（外部）是否存在一个伽利略系。
这个原理被称作"广义相对论原理"

宇宙几何

现在，事情将开始变得十分奇怪。但爱因斯坦也发现了这一假设的另一个奇怪得结果：（在大多数情况下）我们所生活的世界不是欧几里德式的。这意味着圆不再是圆，平行线会相交或发散，三角形得三内角之和不到180度？
让我们设想在一个大盘子上画了两个同心圆，一个非常小，另一个同盘子一样大。我们的观察者站在盘子上，盘子高速旋转着。另一个处于伽利略系中的人用一把尺子测量这两个圆的周长（P）和直径（d）。后者作如下计算：P/d。他发现P/d=π。对于他而言，欧几里德几何是正确的。（这里"正确"的含意是它正确描述了现实）
在盘子上的观察者用同一把尺子测量了盘子的周长和直径。在测量直径的过程中，位于伽利略系中的人觉得尺子的长度没有缩短（参见狭义相对论中对此的描述）。因此盘子上的人应该得到和伽利略系中人一样的结论。
然而，第四个实验的情况就不同了。当盘子上的观察者测量大圆周长的时候，他相对于盘子外的人以非常快的速度旋转，因此从盘子外人的角度看，尺子的长度缩短了。但观察者不会发现相同的结论，对他来说：P/d不等于π。欧几里德几何在这种情况下不能描述现实。
得出这种奇怪结论的原因是什么？盘子上的观测者在测量大圆的周长时，受到了一种奇怪的力的作用。你可以称其为"向心力"。这就是由于引力场的存在（图中以箭头标志）。同样的实验可以通过在这三个不同的系中用同一只表测量时间：在伽利略系中，在盘子的中心附近和远离中心的地方。我们可以得出相同的结论：盘子上远离中心的观测者的测量结果和盘子外面的人的观测结果不同。引力场的存在可以解释这一差异产生的原因。这使我们得出如下结论：引力场影响时空。

爱恩斯坦第三假设

爱因斯坦一直在寻找"引力质量与惯性质量相等"的解释。为了这个目标，他作出了被称作"等同原理"的第三假设。它说明：如果一个惯性系相对于一个伽利略系被均匀地加速，那么我们就可以通过引入相对于它的

一个均匀引力场而认为它（该惯性系）是静止的。
让我们来考查一个惯性系K'，它有一个相对于伽利略系K的均匀加速运动。在K 和K'周围有许多物体。此物体相对于K是静止的。因此这些物体相

对于K'有一个相同的加速运动。这个加速度对所有的物体都是相同的，并且与K'相对于K的加速度方向相反。我们说过，在一个引力场中所有物体的加速度的大小都是相同的，因此其效果等同于K'是静止的并且存在

一个均匀的引力场。
因此如果我们确立等同原理，两个物体的质量相等只是它的一个简单推论。这就是为什么（质量）等同是支持等同原理的一个重要论据。

通过假定K'静止且引力场存在，我们将K'理解为一个伽利略系，（这样我们就可以）在其中研究力学规律。由此爱因斯坦确立了他的第四个原理。


	高二（3）班全体同学制作 2001
	主要设计者：黄勇坚罗璐朱健帆等由全体同学供稿