相對論（簡體書）

作者：（美國）愛因斯坦（Einstein）編譯：周學政 徐有智 叢書主編：楊玉成 崔人元

愛因斯坦，Einstein 1879—1955，20世紀德裔美國科學家，現代物理學的開創者和奠基人，偉大的思想家和社會活動家。 愛因斯坦的"相對論"使宇宙學擺脫了純粹猜想的思辨，進入了現代科學領域。他的"狹義相對論"業已成為解釋越來越多高能物理現象的一種最基本的理論工具，而其"廣義相對論"則成為了許多天文概念的理論基礎。其主要著作還有：《論動體的電動力學》、《關於輻射的量理論》、《空間、時間和引力》、《物理學的哲學》等。

《相對論》編輯推薦：愛因斯坦關於相對論的觀點已經過科學家們的實驗所驗證，如：引力紅移實驗、光線的偏折實驗、水星的近日點進動和雷達回波的時間延遲實驗。這些實驗都驗證了愛因斯坦的觀點，但是隨著研究的深入，關於相對論的各種爭論還在繼續，試驗也在發展。

編者的話
導讀 撥散物理學晴空上的烏雲
第一部分 狹義相對論
一幾何命題的物理意義
二坐標系
三經典力學中的空間和時間
四伽利略坐標系
五狹義相對性原理
六經典力學中所用到的速度相加原理
七光的傳播定律與相對性原理的表面抵觸
八物理學的時間觀
九同時性的相對性
十距離概念的相對性
十一洛倫茲變換
十二量桿和時鐘在運動時的行為
十三速度相加原理：斐索實驗
十四相對論的啟發作用
十五狹義相對論的普遍性結果
十六經驗和狹義相對論
十七閔可夫斯基的四維空間
第二部分 廣義相對論
一狹義和廣義相對性原理
二引力場
三引力場的思想試驗
四慣性質量和引力質量相等是廣義相對性公設的一個論據
五等效原理
六經典力學的基礎和狹義相對論的基礎在哪些方面不能令人滿意
七廣義相對性原理的幾個推論
八在轉動的參照物上的鐘和量桿的行為
九歐幾裏得和非歐幾裏得連續區域
十高斯坐標
十一狹義相對論的時空連續區可以當作歐幾裏得連續區
十二廣義相對論的時空連續區不是歐幾裏得連續區
十三廣義相對論原理的嚴格表述
十四在廣義相對性原理的基礎上理解引力問題
第三部分 關於整個宇宙的一些考慮
一牛頓理論在宇宙論方面的困難
二一個“有限”而又“無限”的宇宙的可能性
三以廣義相對論為依據的空間結構
第四部分 相對論的驗證
一乙太和邁克爾遜——莫雷實驗
二狹義相對論的社會接受過程
三水星近日點的進動
四引力紅移
五引力場的光線偏轉
第五部分 相對論的意義
一古希臘的科學
二近代科學的起源
三經典物理學與科學革命
四相對論與新科學革命

三 經典力學中的空間和時間
空間和時間是事物之間的一種次序。空間用以描述物體的位形；時間用以描述事件之間的先後順序。空間和時間的物理性質主要通過它們與物體運動的各種聯系而表現出來。在笛卡兒坐標系中，測量兩點之間的距離時可以看到，空間兩點距離是一個不變量，與參照系的選擇和觀察者的運動無關。這個結論用牛頓的話來說就是絕對的真實的數學空間，就其本質而言，是永遠均勻地流逝著，與任何外界事物無關。絕對空間就其本質而言是與任何外界事物無關的，它從不運動，並且永遠不變。另一方面，物體的運動性質和規律，卻與採用怎樣的空間和時間來度量它有著密切的關系。相對於絕對空間的靜止或運動，才是絕對的靜止或運動。只有以絕對空間作為度量運動的參照系，或者以其他作絕對勻速運動的物體為參照物，慣性定律才成立。即不受外力作用的物體，或者總保持靜止，或者總保持勻速運動。這一類特殊的參照系，被稱為慣性參照系。
例如，假設有一列飛馳的火車，火車以某個速度做勻速直線運動。人站在火車的視窗處，手中拿著一個石頭伸出窗外，然後自然鬆手，使這塊石頭從手中脫落，它落在了路基上。如果不計空氣的阻力——當然，根據牛頓的理論，空氣的阻力早就應該去掉的——那麼，我們看到的石頭的位置是什麼樣的呢？它走過的軌跡是什麼樣的呢？還有所謂在空間中運動在這裏是什麼意思呢？根據笛卡爾坐標系的角度出發來看，問題可以得到非常清晰的解答：首先，我們避開空間這個模糊的概念，直接以物理學和數學的角度對它進行分析，然後我們可以說，石塊對於與車廂緊密相連的坐標系而言走過了一條直線，對於與地面也就是地基緊密相連的坐標系而言，石塊走過了一條彎曲的拋物線。從這裏我們可以清楚地看到，不會有獨立存在的軌跡——也就是路程一曲線，而只有相對於某一個特定參照系的軌跡。
在經典力學中，時間和空間是描述世界尺度的兩個核心變量。時間是描述事物存在的一種方式，空間也是描述事物存在的一種方式，它們共同組成了事物的尺度。經典力學認為，事物的存在和時間、空間是相互獨立的，沒有任何關系。而且時間的測量獨立於運動之外，是和運動無關的一個不變量。同時經典力學認為質量也是和運動無關的常量。所以在經典力學中，長度、時間及質量都和運動無關，是一個不變量。這也就是人們常說的絕對時空觀。
四 伽利略坐標系
義大利科學家伽利略（1564—1642）是17世紀最偉大的科學家之一。他和惠更斯發現了鐘擺的等時性原理，並發明瞭能測量脈搏速率的擺式計時裝置。他研究天文學，成為哥白尼學說的支持者，他製造瞭望遠鏡，觀測到木星的4顆衛星，證明瞭地球並不是一切天體運動環繞的中心。他還製成了空氣溫度計，這是世界上最早的溫度計。而他最大的貢獻卻是在於他的思想試驗成為牛頓經典力學的基礎，也為後來的物理學和數學發展奠定了基礎。通過著名的斜面試驗，伽利略順利解決了物體的運動問題。他發現，在斜面上下落的物體下落距離和所用的時間的平方成正比，這就是著名的落體定律，這個試驗也表明落體的下落時間和質量是沒有關系的。