相对论

作者简介

阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955），德裔美籍物理学家、思想家和哲学家，现代物理学的开创者和奠基人，近代最有影响的人物之一。他曾在德国、瑞士和美国工作，彻底改变了我们对宇宙的认识。他对自己所处时代的重大政治和社会问题持直言不讳的态度。虽然他是相对论之父，也是量子论的重要构建者，但他总能抽出时间从事与其关系密切的政治活动。

内容简介

第二章 广义相对论 1907年，爱因斯坦再次提出广义相对论的基本原 理，经过深入研究和补充之后，1915年正式创建了广 义相对论，第二年发表了具有总结性的文章《广义相 对论基础》。广义相对论主要描述的是引力理论，它 的创建基础是狭义相对论，在这个基础上证明了时空 结构和物质分布之间的关系，指明物质的存在和分布 状况决定了万有引力，而时间和空间的性质不均匀性 引发了万有引力。还提出空间“弯曲”学说，指明时 空的几何性质是由非欧几里得几何学的分布决定的。 2.1 狭义相对性原理和广义相对性原理 狭义相对性原理是我们的研究中心，它指出所有 的匀速运动都体现了物理相对性，让我们再次对它的 意义进行深入研究。有一点非常明确，根据狭义相对 性原理可以得知，任何运动都不是绝对的，而是相对 的。我们再看一下前面说过的路基和车厢的例子，可 以这样来描述发生的运动： （a）对于路基来说，车厢是运动的。 （b）对于车厢来说，路基是运动的。 在（a）中，我们选择的参考物是路基；而在（b ）中，选择的参考物是车厢，这就是我们对运动的描 述。如果只是为了描述运动，那么，选择什么样的参 考物在原则上并不是非常重要。在前面，我们就说过 这一点，但这不是我们的研究重点，更不能和广泛的 “相对性原理”混淆在一起。 如果我们描述任意事件时既可以选择车厢作为参 考物又可以选择路基作为参考物，那么，定律告诉我 们，当我们用简单的语言描述自然定律时为： （a）选择路基当作参考物。 （b）选择车厢当作参考物。 在上面两种情况的描述中，普遍的自然界定律（ 如力学定律、光在真空中的传播定律）的形式完全一 样。这一点可以简单地表达为：通过物理方法对自然 过程进行描述时，参考物和的含义是相同的，没有哪 一个是独特的（特别规划）。这完全不同于第一个陈 述，推论并不一定能够保证后一个陈述是正确的，“ 运动”概念和“参考物”概念无法推导出这个陈述， 只有经验事实才能证明这个陈述是否正确。 一直以来，我们都在否认所有的参考物都可以用 简洁的语言去描述自然界定律。我们的想法来自于一 个假定：对于伽利略定律来说，一个参考物所具有的 运动状态都可以成立，即当一个质点到其他质点的距 离足够远时，这个质点做匀速直线运动。（伽利略参 考物体）能够描述的自然界定律是非常简单的。除了 之外，可以用参考物描述的自然界定律应该也是很简 单的。对于来说，如果某些参考物进行的是匀速直线 非旋转运动，那么，在描述自然界定律方面这些参考 物和是等效的。不过，我们选择的参考物一定要是伽 利略参考物，只有这些参考物才会符合我们的假定相 对性原理，其他的参考物（如具有不同性质的参考物 ）则不符合。因此，我们把它称为特殊相对性原理或 者狭义相对论。 与此对应，我们可以这样来描述广义相对性原理 ：对于所有的参考物来说，无论它的运动状态如何， 但在描述自然界定律上都是等效的。需要注意的是， 在我们深入讨论之前要用一个抽象的表达式去替代这 个论述，以后我们会具体解释其中的原因。 狭义相对性原理的合理性已经被证实，所有想要 研究普遍化结果的人都会向着广义相对性原理的道路 前进。目前，这种努力成功的机会微乎其微。我们还 是去考虑匀速行驶的火车问题，坐在车厢中的乘客不 会感觉到车厢在运动。由于这个原因，车厢中的乘客 可以说：“车厢处于静止状态，而铁路路基在运动。 ”根据狭义相对性原理可知，这种解释非常符合物理 学观点。 如果车厢的运动不再是匀速的，而是非匀速的， 如突然拉动刹车，此时车厢中的乘客会出现身体向前 倾的运动，这中减速运动是车厢相对于乘客体现出来 的一种力学运动，它完全不同于我们以前所接触的力 学运动。因此，即使某些力学定律适用于静止状态或 者匀速运动的车厢，也无法适用于进行非匀速运动的 车厢。不管怎样，对于做非匀速运动的车厢来说，伽 利略定律显然无法成立。由于这个原因，我们暂时赋 予非匀速运动一种物理实在性，这个做法和广义相对 性原理完全相反，但不久后我们就会明白，这个做法 是错误的。 P107-P109