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其实，爱因斯坦本人曾经出过一本书《狭义与广义相对论浅说》，如果想详细了解相对论的前世今生，可以拜读这本身，会有一种与大师面对面对话的感受，别有一番风味。  爱因斯坦和相对论，几乎完全可以划等号，都是伟大的象征。关于爱因斯坦是如何构建出伟大的相对论的，过程肯定相当复杂，也不是一两句话能说得清楚的，详细解说的话，估计需要长篇论文才行，显然，这对于普通的科学爱好者来讲并不友好。 科普，还是要以通俗为主，在通俗的基础上尽可能做到严谨。所以，在这里我就尽可能长话多说，用通俗的语言把爱因斯坦创建相对的过程浓缩出来。 爱因斯坦对前辈麦克斯韦是相当崇拜和欣赏的，我们都知道，麦克斯韦创建了电磁理论，统一了电和磁，尤其是他提出的麦克斯韦方程组，堪称人类历史上最伟大最美的方程。  而爱因斯坦对麦克斯韦方程组更是痴迷不已，而麦克斯韦方程组推导出来的光速计算公式，更是让爱因斯坦有些惊讶和不解。 该公式表明，光速是一个常数，只与真空的介电常数和磁导率有关，而与参照系没有任何关系。 这就很奇怪了，在牛顿经典力学提下下，时空是绝对的，同时任何速度都是相对的，都需要有参照系才有意义。比如说，我们平时所说的速度都是默认地面为参照系，在我们的固有思维里，没有参照系的速度是毫无意义的。  但光速看起来如此特殊，它是不需要参照系的，是绝对的。 光速的这种特殊性意味着什么？意味着“要么牛顿经典力学错了，要么麦克斯韦方程组错了”。 而不管哪个错了，对于当时的物理学界来讲都是灾难性的，前者统治了物理学界几百年，很多物理学家都视牛顿经典力学为神明。而后者统一了电磁学，同样伟大。 怎么办？当时的很多物理学界大佬哪个都不敢得罪，于是不断在牛顿经典力学和麦克斯韦方程组之间来回摇摆，左右逢源，通过各种方式试图调和两者之间的矛盾，而“以太”的概念就是在这种背景下出现的，以太是假设的概念，被认为是光速的参照系，也是绝对静止的参照系。  但是以太的概念不但没能解决牛顿经典力学和麦克斯韦方程组之间的矛盾，反而引发了更多更大的问题，最关键的是，在物理学家进行的实验当中，根本无法证实以太的存在，比如说著名的迈克尔逊莫雷实验。 显然，越来越多的事实表明，牛顿力学的基础，绝对时空观已经站不住脚了，但想让当时的物理学界放弃绝对时空观谈何容易？ 还是得伟大的爱因斯坦出面，他天才的大脑提出了颠覆性的相对时空观，直接抛弃了牛顿力学体系下的绝对时空观，在光速不变原理和相对性原理的前提下，提出了伟大的狭义相对论。  而狭义相对论体系下的很多公式，比如说钟慢效应公式，尺缩效应公式，质增效益公式等，其实都只是纯数学推算，推导的过程并不复杂，《狭义与广义相对论浅说》这本书籍里也有推导过程，有兴趣的可以看看，看过之后你自己也可以完全推导出来，甚至都不涉及任何复杂的运算。 不过，爱因斯坦对于狭义相对论并不满意，因为狭义相对论只适用于惯性系，但在现实世界，惯性系其实是不存在的，它只是理想状态的参照系。在现实世界，引力无处不在，所以要想让狭义相对论在非惯性系中同样适用，必须把引力考虑进去。 而这时候就是真正体现爱因斯坦天才颠覆性大脑思维的时候。他发现，在引力场中，物体受到的引力与质量成正比，于是，在引力场中，自由落体的物体就可以看做是一个惯性参照系。  这个结论其实得益于爱因斯坦观察到的一种现象：等效原理，说白了就是“惯性质量”与“引力质量”其实是一回事，两者是等效的。 举个例子，你在一个密闭箱子里，箱子以9.8的加速度向上加速，你在箱子里的感受与站在地面上静止不动的感受是完全相同的，你也无法区分自己到底是站在箱子里，还是静止在地面上。 等效原理看起来很简单，说出来我们都能理解，但其实一点也不简单，这让爱因斯坦直接洞察到了引力的本质：时空弯曲。当然，这个过程对于爱因斯坦来讲是相当漫长复杂的，直到他了解到了黎曼几何，才让爱因斯坦找到合适的数学工具来描述时空弯曲。 与狭义相对论相比，广义相对论要复杂很多，涉及高等数学，比如说黎曼几何，张量，微积分等，其中引力场方程的求解更为复杂，晦涩难懂，即便是爱因斯坦本人也只是利用近似的方法进行求解。  爱因斯坦的相对论诞生一百多年来，受到了各种质疑，尤其是一开始，更是质疑声不断，但相对论经受住了质疑，在一百多年的时间里仍旧屹立不倒。科学家们的观测一次又一次地印证了相对论当时的预测，也都证实了相对论的可靠性。 最后我还想说，短短的一篇科普文显然不足以描述爱因斯坦创建相对论的过程，所以，如果有兴趣，还是希望你能拜读一下《狭义与广义相对论浅说》，里面详细描述了爱因斯坦创建狭义和广义相对论的过程。 |
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