爱因斯坦的成就
相对论
狭义相对论的创立：早在16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,他产生了一个想法,如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场.这种事可能发生吗?
与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题.以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素.17世纪,笛卡尔首次将它引入科学,作为传播光的媒质.其后,惠更斯进一步发展了以太学说,认为荷载光波的媒介物是以太,它应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质中.与惠更斯的看法不同,牛顿提出了光的微粒说.牛顿认为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就引起视觉.18世纪牛顿的微粒说占了上风,然而到了19世纪,却是波动说占了绝对优势,以太的学说也因此大大发展.当时的看法是,波的传播要依赖于媒质,因为光可以在真空中传播,传播光波的媒质是充满整个空间的以太,也叫光以太.与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学,并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来,认为光就是一定频率范围内的电磁波,从而将光的波动理论与电磁理论统一起来.以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体.直到19世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太.
但是,电动力学遇到了一个重大的问题,就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致.关于相对性原理的思想,早在伽利略和牛顿时期就已经有了.电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难.按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度是一个恒量,然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同,这就出现了一个问题：适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学?例如,有两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离.你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离.按照麦克斯韦的理论,这两种光的速度相同,汽车的速度在其中不起作用.但根据伽利略理论,这两项的测量结果不同.向你驶来的车将发出的光加速,即前车的光速=光速 车速；而驶离车的光速较慢,因为后车的光速=光速-车速.麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖.我们如何解决这一分歧呢?
19世纪理论物理学达到了巅峰状态,但其中也隐含着巨大的危机.海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力,电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整,并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”.在人们的心目中,古典物理学已经达到了近乎完美的程度.德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学,老师劝他说：“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了.”
爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人.在伯尔尼专利局的日子里,爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己独特的见解.在十年的探索过程中,爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学.爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在.他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的.经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义.于是他想到：以太绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?
爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性.相对性原理已经在力学中被广泛证明,但在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑.他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题.光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题.当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响.19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象. 1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久.突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题.第二天,他又来到贝索家,说：谢谢你,我的问题解决了.原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系.他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前.
1905年6月30日,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表.这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章,它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容.狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理.爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理.伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义.牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的.而爱因斯坦大大发展了相对性原理,在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的.对于任何一个参照系和坐标系,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间.对于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的形式都是相同的,这就是相对性原理,严格地说是狭义的相对性原理.在这篇文章中,爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据,他提出光速不变是一个大胆的假设,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的.这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的.
什么是同时性的相对性?不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢?一般来说,我们会通过信号来确认.为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度,但如何测出这一速度呢?我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间,空间距离的测量很简单,麻烦在于测量时间,我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟,从两个钟的读数可以知道信号传播的时间.但我们如何知道异地的钟对好了呢?答案是还需要一种信号.这个信号能否将钟对好?如果按照先前的思路,它又需要一种新信号,这样无穷后退,异地的同时性实际上无法确认.不过有一点是明确的,同时性必与一种信号相联系,否则我们说这两件事同时发生是无意义的.
光信号可能是用来对时钟最合适的信号,但光速非无限大,这样就产生一个新奇的结论,对于静止的观察者同时的两件事,对于运动的观察者就不是同时的.我们设想一个高速运行的列车,它的速度接近光速.列车通过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲眼前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,通过测量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的.因此对甲来说,收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离,并同时到达他所在位置,这两起事件必然在同一时间发生,它们是同时的.但对于在列车内部正中央的乙,情况则不同,因为乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号.对乙来说,这两起事件是不同时的.也就是说,同时性不是绝对的,而取决于观察者的运动状态.这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架.
相对论认为,光速在所有惯性参考系中不变,它是物体运动的最大速度.由于相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间膨胀.但由于日常生活中所遇到的问题,运动速度都是很低的（与光速相比）,看不出相对论效应.
爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学,指出质量随着速度的增加而增加,当速度接近光速时,质量趋于无穷大.他并且给出了著名的质能关系式：E=mc^2,质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用.
广义相对论的建立：
1905年,爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后,并没有立即引起很大的反响.但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章,认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美,正是由于普朗克的推动,相对论很快成为人们研究和讨论的课题,爱因斯坦也受到了学术界的注意.
1907年,爱因斯坦听从友人的建议,提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位,但得到的答复是论文无法理解.虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气,但在瑞士,他却得不到一个大学的教职,许多有名望的人开始为他鸣不平,1908年,爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位,并在第二年当上了副教授.1912年,爱因斯坦当上了教授,1913年,应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授.
在此期间,爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广,对于他来说,有两个问题使他不安.第一个是引力问题,狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的,但是它不能解释引力问题.牛顿的引力理论是超距的,两个物体之间的引力作用在瞬间传递,即以无穷大的速度传递,这与相对论依据的场的观点和极限的光速.第二个是非惯性系问题,狭义相对论与以前的物理学规律一样,都只适用于惯性系.但事实上却很难找到真正的惯性系.从逻辑上说,一切自然规律不应该局限于惯性系,必须考虑非惯性系.狭义相对论很难解释所谓的双生子佯谬,该佯谬说的是,有一对孪生兄弟,哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行,根据相对论效应,高速运动的时钟变慢,等哥哥回来,弟弟已经变得很老了,因为地球上已经经历了几十年.而按照相对性原理,飞船相对于地球高速运动,地球相对于飞船也高速运动,弟弟看哥哥变年轻了,哥哥看弟弟也应该年轻了.这个问题简直没法回答.实际上,狭义相对论只处理匀速直线运动,而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程,这是相对论无法处理的.正在人们忙于理解相对狭义相对论时,爱因斯坦正在接受完成广义相对论.
1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》,在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理,此后,爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展.他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据,提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系.爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者,不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中,还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中,这是解释等效原理最常用的说法,而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论.
1915年11月,爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文,在这四篇论文中,他提出了新的看法,证明了水星近日点的进动,并给出了正确的引力场方程.至此,广义相对论的基本问题都解决了,广义相对论诞生了.1916年,爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》,在这篇文章中,爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论,将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理,并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种运动着的参照系都成立.
爱因斯坦的广义相对论认为,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,而引力场实际上是一个弯曲的时空.爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论,很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒.广义相对论的第二大预言是引力红移,即在强引力场中光谱向红端移动,20年代,天文学家在天文观测中证实了这一点.广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转,.最靠近地球的大引力场是太阳引力场,爱因斯坦预言,遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转.1919年,在英国天文学家爱丁顿的鼓动下,英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食,经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转.英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告,确认广义相对论的结论是正确的.会上,著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”,“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”.爱因斯坦成了新闻人物,他在1916年写了一本通俗介绍相对论的书《狭义与广义相对论浅说》,到1922年已经再版了40次,还被译成了十几种文字,广为流传.
相对论的意义：
狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理.相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响. 相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个完美的科学体系.狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理,都是对洛伦兹变换协变的,牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律.广义相对论又在广义协变的基础上,通过等效原理,建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系,得到了所有物理规律的广义协变形式,并建立了广义协变的引力理论,而牛顿引力理论只是它的一级近似.这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题,从逻辑上得到了合理的安排.相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系.
狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量相当,给出了质能关系式.这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显,但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性.因为微观粒子的运动速度一般都比较快,有的接近甚至达到光速,所以粒子的物理学离不开相对论.质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件,而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据.
对于爱因斯坦引入的这些全新的概念,当时地球上大部分物理学家,其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹,都觉得难以接受.甚至有人说“当时全世界只有两个半人懂相对论”.旧的思想方法的障碍,使这一新的物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉,就连瑞典皇家科学院,1922年把诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦时,也只是说“由于他对理论物理学的贡献,更由于他发现了光电效应的定律.”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中竟然对于爱因斯坦的相对论只字未提.
E＝mc^2
物质不灭定律,说的是物质的质量不灭；能量守恒定律,说的是物质的能量守恒.（信息守恒定律）
虽然这两条伟大的定律相继被人们发现了,但是人们以为这是两个风马牛不相关的定律,各自说明了不同的自然规律.甚至有人以为,物质不灭定律是一条化学定律,能量守恒定律是一条物理定律,它们分属于不同的科学范畴.
爱因斯坦认为,物质的质量是惯性的量度,能量是运动的量度；能量与质量并不是彼此孤立的,而是互相联系的,不可分割的.物体质量的改变,会使能量发生相应的改变；而物体能量的改变,也会使质量发生相应的改变.
在狭义相对论中,爱因斯坦提出了著名的质能公式：E＝mc^2 （这里的E代表物体的能量,m代表物体的质量,c代表光的速度,即3×10^8m/s）.
爱因斯坦的理论,最初受到许多人的反对,就连当时一些著名物理学家也对这位年青人的论文表示怀疑.然而,随着科学的发展,大量的科学实验证明爱因斯坦的理论是正确的,爱因斯坦才一跃而成为世界著名的科学家,成为20世纪世界最伟大的科学家.
爱因斯坦的质能关系公式,正确地解释了各种原子核反应：就拿氦4来说,它的原子核是由2个质子和2个中子组成的.照理,氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和.实际上,这样的算术并不成立,氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少了0.0302原子质量单位[57]!这是为什么呢?因为当2个氘[dao]核（每个氘核都含有1个质子、1个中子）聚合成1个氦4原子核时,释放出大量的原子能.生成1克氦4原子时,大约放出2.7×10^12焦耳的原子能.正因为这样,氦4原子核的质量减少了.
这个例子生动地说明：在2个氘原子核聚合成1个氦4原子核时,似乎质量并不守恒,也就是氦4原子核的质量并不等于2个氘核质量之和.然而,用质能关系公式计算,氦4原子核失去的质量,恰巧等于因反应时释放出原子能而减少的质量!
这样一来,爱因斯坦就从更新的高度,阐明了物质不灭定律和能量守恒定律的实质,指出了两条定律之间的密切关系,使人类对大自然的认识又深了一步.
光电效应
光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化.这类光致电变的现象被人们统称为光电效应（Photoelectric effect）.
光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应.前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应.后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应.
赫兹于1887年发现光电效应,爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应.金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子.光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率.临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释.还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面.可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒.正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成.
光电效应里,电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关 ,光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响.
1905年,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖.
“上帝不掷骰子”
爱因斯坦曾经是量子力学的催生者之一,但是他不满意量子力学的后续发展,爱因斯坦始终认为“量子力学（以玻恩为首的哥本哈根诠释：“基本上,量子系统的描述是机率的.一个事件的机率是波函数的绝对值平方.”）不完整”,但苦于没有好的解说样板,也就有了著名的“上帝不掷骰子”的否定式呐喊!其实,爱因斯坦的直觉是对的,决定论的量子诠释才是“量子论诠释”的本真、根源.爱因斯坦到过世前都没有接受量子力学是一个完备的理论.爱因斯坦还有另一个名言：“月亮是否只在你看着他的时候才存在?”
宇宙常数
爱因斯坦在提出相对论的时候,曾将宇宙常数（为了解释物质密度不为零的静态宇宙的存在,他在引力场方程中引进一个与度规张量成比例的项,用符号∧ 表示.该比例常数很小,在银河系尺度范围可忽略不计.只在宇宙尺度下,∧ 才可能有意义,所以叫作宇宙常数.即所谓的反引力的固定数值）代入他的方程.他认为,有一种反引力,能与引力平衡,促使宇宙有限而静态.当哈勃得意洋洋的在天文望远镜展示给爱因斯坦看时,爱因斯坦惭愧极了,他说：“这是我一生所犯下的最大错误.”宇宙是膨胀着的!哈勃等认为,反引力是不存在的,由于星系间的引力,促使膨胀速度越来越慢.
那么,爱因斯坦就完全错了吗?不.星系间有一种扭旋的力,促使宇宙不断膨胀,即暗能量.70亿年前,它们“战胜”了暗物质,成为宇宙的主宰.最新研究表明,按质量成份（只算实质量,不算虚物质）计算,暗物质和暗能量约占宇宙96%.看来,宇宙将不断加速膨胀,直至解体死亡.（目前也有其它说法,争议不休）.宇宙常数虽存在,但反引力的值远超过引力.也难怪这位倔强的物理学家与波尔在量子力学的争论：“上帝是不掷骰子的!”（不要指挥上帝如何决定宇宙的命运）
林德饶有风趣的说：“现在,我终于明白,为什么他（爱因斯坦）这么喜欢这个理论,多年后依然研究宇宙常数,宇宙常数依然是当今物理学最大的疑问之一.”
爱因斯坦的研究故事关于爱因斯坦研究科学的
在爱因斯坦小的时候,有一天德皇通过慕尼黑的市街,好奇的人们都涌向窗前喝彩助兴,小孩子们则为士兵发亮的头盔和整齐的脚步而神往,但爱因斯坦却恐惧得躲了起来,他既瞧不起又害怕这些“打仗的妖怪”,并要求他的母亲把他带到自己永远也不会变成这种妖怪的国土去.中学时,母亲满足了爱因斯坦的请求,把他带到意大利.爱因斯坦放弃了德国国籍,可他并不申请加入意大利国籍,他要做一个不要任何依附的世界公民.……大战过后,爱因斯坦试图在现实的基础上建立他的世界和平的梦想,并且在“敌国”里作了一连串“和平”演说.他的思想和行动,使他险遭杀身之祸：一个抱有帝国主义野心的俄国贵族女刺客把枪口偷偷对准了他；德国右翼刺客们的黑名单上也出现了阿尔伯特·爱因斯坦的名字；悬赏两万马克要他的人头.为了使自己与这个世界保持“和谐”,爱因斯坦不得不从意大利迁到荷兰,又从荷兰迁居美国,而且加入了美国国籍.他认为,在美国这个国度里,各阶级的人们都能在勉强过得去的友谊存下去. （节选自《应用写作》学术月刊1985年第5-6期《爱因斯坦的反省》
十九世纪末期是物理学的变革时期,爱因斯坦从实验事实出发,重新考查了物理学的基本概念,在理论上作出了根本性的突破.他的一些成就大大推动了天文学的发展.他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响.理论天体物理学的第一个成熟的方面——恒星大气理论,就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的.爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系,坚守着“上帝不掷骰子”的量子论诠释（微粒子振动与平动的矢量和）的决定论阵地,解决了长期存在的恒星能源来源的难题.近年来发现越来越多的高能物理现象,狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具.其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜,并推断出后来被验证了的光线弯曲现象,还成为后来许多天文概念的理论基础.
爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论.他创立了相对论宇宙学,建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型,并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念,大大推动了现代天文学的发展.
■成功的秘诀
有一次,一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀.他回答：“早在1901年,我还是二十二岁的青年时,我已经发现了成功的公式.我可以把这公式的秘密告诉你,那就是A=X Y Z! A就是成功,X就是努力工作,Y是懂得休息,Z是少说废话!这公式对我有用,我想对许多人也是一样有用.”
■狭义相对论的创立
早在16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,他产生了一个想法,如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场.这种事可能发生吗?
与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题.以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素.17世纪,笛卡尔首次将它引入科学,作为传播光的媒质.其后,惠更斯进一步发展了以太学说,认为荷载光波的媒介物是以太,它应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质中.与惠更斯的看法不同,牛顿提出了光的微粒说.牛顿认为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就引起视觉.18世纪牛顿的微粒说占了上风,然而到了19世纪,却是波动说占了绝对优势,以太的学说也因此大大发展.当时的看法是,波的传播要依赖于媒质,因为光可以在真空中传播,传播光波的媒质是充满整个空间的以太,也叫光以太.与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学,并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来,认为光就是一定频率范围内的电磁波,从而将光的波动理论与电磁理论统一起来.以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体.直到19世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太.
但是,电动力学遇到了一个重大的问题,就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致.关于相对性原理的思想,早在伽利略和牛顿时期就已经有了.电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难.按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度是一个恒量,然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同,这就出现了一个问题：适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学?例如,有两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离.你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离.按照麦克斯韦的理论,这两种光的速度相同,汽车的速度在其中不起作用.但根据伽利略理论,这两项的测量结果不同.向你驶来的车将发出的光加速,即前车的光速=光速 车速；而驶离车的光速较慢,因为后车的光速=光速-车速.麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖.我们如何解决这一分歧呢?
19世纪理论物理学达到了巅峰状态,但其中也隐含着巨大的危机.海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力,电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整,并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”.在人们的心目中,古典物理学已经达到了近乎完美的程度.德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学,老师劝他说：“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了.”
爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人.在伯尔尼专利局的日子里,爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己独特的见解.在十年的探索过程中,爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学.爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在.他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的.经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义.于是他想到：以及绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?
爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性.相对性原理已经在力学中被广泛证明,但在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑.他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题.光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题.当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响.19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象. 1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久.突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题.第二天,他又来到贝索家,说：谢谢你,我的问题解决了.原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系.他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前.
1905年6月30日,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表.这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章,它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容.狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理.爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理.伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义.牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的.而爱因斯坦大大发展了相对性原理,在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的.对于任何一个参照系和坐标系,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间.对于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的形式都是相同的,这就是相对性原理,严格地说是狭义的相对性原理.在这篇文章中,爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据,他提出光速不变是一个大胆的假设,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的.这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的.
什么是同时性的相对性?不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢?一般来说,我们会通过信号来确认.为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度,但如何没出这一速度呢?我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间,空间距离的测量很简单,麻烦在于测量时间,我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟,从两个钟的读数可以知道信号传播的时间.但我们如何知道异地的钟对好了呢?答案是还需要一种信号.这个信号能否将钟对好?如果按照先前的思路,它又需要一种新信号,这样无穷后退,异地的同时性实际上无法确认.不过有一点是明确的,同时性必与一种信号相联系,否则我们说这两件事同时发生是没有意义的.
光信号可能是用来对时钟最合适的信号,但光速不是无限大,这样就产生一个新奇的结论,对于静止的观察者同时的两件事,对于运动的观察者就不是同时的.我们设想一个高速运行的列车,它的速度接近光速.列车通过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲眼前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,通过测量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的.因此对甲来说,收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离,并同时到达他所在位置,这两起事件必然在同一时间发生,它们是同时的.但对于在列车内部正中央的乙,情况则不同,因为乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号.对乙来说,这两起事件是不同时的.也就是说,同时性不是绝对的,而取决于观察者的运动状态.这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架.
相对论认为,光速在所有惯性参考系中不变,它是物体运动的最大速度.由于相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间膨胀.但由于日常生活中所遇到的问题,运动速度都是很低的（与光速相比）,看不出相对论效应.
爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学,指出质量随着速度的增加而增加,当速度接近光速时,质量趋于无穷大.他并且给出了著名的质能关系式：E=mc2,质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用.
■广义相对论的建立
1905年,爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后,并没有立即引起很大的反响.但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章,认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美,正是由于普朗克的推动,相对论很快成为人们研究和讨论的课题,爱因斯坦也受到了学术界的注意.
1907年,爱因斯坦听从友人的建议,提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位,但得到的答复是论文无法理解.虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气,但在瑞士,他却得不到一个大学的教职,许多有名望的人开始为他鸣不平,1908年,爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位,并在第二年当上了副教授.1912年,爱因斯坦当上了教授,1913年,应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授.
在此期间,爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广,对于他来说,有两个问题使他不安.第一个是引力问题,狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的,但是它不能解释引力问题.牛顿的引力理论是超距的,两个物体之间的引力作用在瞬间传递,即以无穷大的速度传递,这与相对论依据的场的观点和极限的光速.第二个是非惯性系问题,狭义相对论与以前的物理学规律一样,都只适用于惯性系.但事实上却很难找到真正的惯性系.从逻辑上说,一切自然规律不应该局限于惯性系,必须考虑非惯性系.狭义相对论很难解释所谓的双生子佯谬,该佯谬说的是,有一对孪生兄弟,哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行,根据相对论效应,高速运动的时钟变慢,等哥哥回来,弟弟已经变得很老了,因为地球上已经经历了几十年.而按照相对性原理,飞船相对于地球高速运动,地球相对于飞船也高速运动,弟弟看哥哥变年轻了,哥哥看弟弟也应该年轻了.这个问题简直没法回答.实际上,狭义相对论只处理匀速直线运动,而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程,这是相对论无法处理的.正在人们忙于理解相对狭义相对论时,爱因斯坦正在接受完成广义相对论.
1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》,在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理,此后,爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展.他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据,提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系.爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者,不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中,还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中,这是解释等效原理最常用的说法,而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论.
1915年11月,爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文,在这四篇论文中,他提出了新的看法,证明了水星近日点的进动,并给出了正确的引力场方程.至此,广义相对论的基本问题都解决了,广义相对论诞生了.1916年,爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》,在这篇文章中,爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论,将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理,并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种运动着的参照系都成立.
爱因斯坦的广义相对论认为,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,而引力场实际上是一个弯曲的时空.爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论,很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒.广义相对论的第二大预言是引力红移,即在强引力场中光谱向红端移动,20年代,天文学家在天文观测中证实了这一点.广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转,.最靠近地球的大引力场是太阳引力场,爱因斯坦预言,遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转.1919年,在英国天文学家爱丁顿的鼓动下,英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食,经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转.英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告,确认广义相对论的结论是正确的.会上,著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”,“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”.爱因斯坦成了新闻人物,他在1916年写了一本通俗介绍相对认的书《狭义相对论与广义相对论浅说》,到1922年已经再版了40次,还被译成了十几种文字,广为流传.
■相对论的意义
狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理.相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响. 相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个完美的科学体系.狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理,都是对洛伦兹变换协变的,牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律.广义相对论又在广义协变的基础上,通过等效原理,建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系,得到了所有物理规律的广义协变形式,并建立了广义协变的引力理论,而牛顿引力理论只是它的一级近似.这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题,从逻辑上得到了合理的安排.相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系.
狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量相当,给出了质能关系式.这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显,但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性.因为微观粒子的运动速度一般都比较快,有的接近甚至达到光速,所以粒子的物理学离不开相对论.质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件,而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据.
广义相对论建立了完善的引力理论,而引力理论主要涉及的是天体.到现在,相对论宇宙学进一步发展,而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展,吸引了许多科学家进行研究.
一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：“在我们这一时代的物理学家中,爱因斯坦将位于最前列.他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”,“按照我的看法,他也许比牛顿更伟大,因为他对于科学的贡献,更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中.”
爱因斯坦评论自然辩证法
爱因斯坦对恩格斯的《自然辩证法》手稿阅读完毕后曾做出这样的评价：“爱德华•伯恩斯坦先生把恩格斯的一 部关于自然科学内容的手稿交给我,托付我发表意见,看这部手稿是否应该付印.我的意见如下：要是这部手稿出自一位并非作为一个历史人物而引人注意的作者, 那么我就不会建议把它付印,因为不论从当代物理学的观点来看,还是从物理学史方面来说,这部手稿的内容都没有特殊的趣味.可是,我可以这样设想：如果考虑到这部著作对于阐明恩格斯的思想的意义是一个有趣的文献,那是可以出版的.”
在1940年6月17日给胡克的信中,爱因斯坦说：“我坚信,要是恩格斯本人能够看到,在这样长久的时间之后,他的这个谨慎的尝试竟被认为具有如此巨大的重要性,他会觉得好笑.”
以上选自《爱因斯坦文集》第一卷,商务印书馆,1977年,第202页
爱因斯坦是当代伟大的物理学家.他遇事爱思考、研究,常常从一点小事中受到启发.
有一次,他要把墙上的一幅旧画换下来,就搬来一架梯子,一步一步爬上去.突然,他又想起一个问题,沉思起来,忘记自己在做什么了,猛地从梯子上摔下来.摔到地上以后,他顾不得疼痛,马上想到:人为什么
会笔直地掉下来呢?看来物体总是沿着阻力最小的线路运动的.爱因斯坦想到这里马上站立起来,一瘸一拐地走到桌边,提笔把自己的这个想法记了下来.这对他正在研究的问题——相对论有很大的启发.
除了LadyGAGA，还有谁为帝舵代言
2017年，劳力士旗下帝舵表推出全新品牌宣言——“天生敢为”（Born to Dare），与此同时，我们也看到了好几位知名代言人，除了Lady Gaga外还有贝克汉姆，以及话语歌坛拥有庞大粉丝的周杰伦。
上周，帝舵表的年度大趴上演，代言人周杰伦来到上海，亲自在台上和我们讲述“天生敢为”的故事。帝舵选择周杰伦自然也是深思熟虑的结果，在这个流量明星时代，劳力士的策略一直都不是向年轻人低头，而是在专业领域内稳扎稳打，这一点，帝舵也是沿袭了劳力士的做派。
周杰伦难得有机会和大家讲述自己的故事，他说，人应该去闯，而不是总想着靠运气。他回忆自己当年参加真人秀是学妹给报的名，他当时还很生气说“我这么骄傲的人怎么能站在台上让别人批评我，这不是害我吗”，但其实后来他也明白，学妹是因为单纯喜欢他的音乐，才希望让更多人听到他的歌。所以后来，周杰伦在18岁那年勇敢迈出了第一步。
周杰伦说自己很小就想着去做别人不想做的事，包括学钢琴，学音乐。他认为“天生敢为”是一种精神和冲动，每个人都可以有。
个人觉得，帝舵在选择代言人上还是比较看重专业技能，这一点也是当下浮躁风气的好榜样。让在各自领域里努力经营的人，得到真正的认可，这才是精神。
第一次战争后，当时日本国内是什么反应
战争让日本人目瞪口呆，因为他们过去一直认为清朝是东亚的“巨无霸”，尤其是清朝消灭准噶尔汗国以来，在亚洲保持霸权已经很久了。
可是，“外强中干”的清在战争之中一败涂地，对外丧权辱国，刺激了日本的野心，也迫使日本开始在全国禁止和吸食。同样是贸易，英国人在日本就没能賺到太多。
当时，日本的人口少、经济水平有限，而清朝拥有两亿多人，无疑是英国对外输出的主要市场。
19世纪中叶，清的两亿人口相当于什么概念呢？同一时期的英国人口只有几百万，而整个欧洲人口也才两亿多。
清朝的人口数量让英国人看到了输出的“巨额利润”，而同一时期的日本市场几乎可以忽略不计。同时期的日本是“德川家族”控制的德川幕府，同样奉行闭关锁国的政策。
日本人对于西方国家最初也是怀有抵触心理的，不愿意开放自己的国门。相比之下，对日本市场的危害就要小得多，是因为日本的警惕心理。
英国为了报复清朝的“虎门销烟”，在1840年6月发动舰船47艘、陆军4000人远征清朝，用大炮敲开了古老的大门。英国人的坚船利炮让清军大开眼界，几乎如入无人之境，而清除了封锁陆地以外，却没有任何办法。
第一次战争耗时两年，清廷在付出了巨大的伤亡过后，为了保全江浙等经济命脉之地，不得不向英国屈辱求和，居然签订了丧权辱国的《南京条约》。这番举动，不但让英国人看不起，就连远东的日本人也惊掉了“大牙”。
清朝在19世纪时突破两亿人口，这个古老而封闭的农耕文明过着自给自足的生活。如此庞大的潜在市场，却选择闭关锁国的生活，这很早就引起了西方殖家们的注意。
英国人为了打开的市场、获取巨额利润，先后输出了火器、西洋钟表、西洋酒水，可是完全没有作用，无法勾起人的兴趣。
可是，清朝向英国输出的菜叶、丝绸、瓷器却远销欧洲各国，英国唯一能大量出口到清朝的商品也只有印度（英属印度）种植的棉花。
为了扭转巨额贸易逆差，英国殖民者才打起了的主意，后来发现清朝无论是上层贵族还是底层百姓，都对这种东西非常迷恋。
看到清在战争惨败，日本立刻提高了对的警惕性。此外，日本因为自己的市场小，而且奉行闭关锁国，所以受到的冲击要小的多。
更重要的是，德川幕府和后来的明治都下达了严厉的“禁鸦”命令，在日本贩卖的人可以斩首。日本人过去非常忌讳斩首，宁愿切腹都不肯接受这种死刑，是因为日本古代迷信地认为被斩首的人下辈子不能再。
由于战争的启示，日本举国上下都对抱有极强的警惕性，所以西方国家们在日本赚不到太多钱，只能输出其他产品。
他们后来发现日本对军火和科技非常感兴趣，所以转而以军火贸易的取代了贸易，用外另一种手段来赚取日本人的钱。
日本人通过明治维新，摆脱了落后的封建社会，接触了西方的先进科学技术。目睹了清的之后，日本也将侵略的矛头对准了清廷，渴望像西方国家那样从中捞取巨额财富。
一万能买什么样的机械表
说到机械表，很多人首先想到的就是瑞士手表。虽然说一万以内的瑞士机械手表是属于瑞表中的低端手表，但是凭借瑞士品牌的良好口碑和优质的品质，一直为大众的喜爱和首选。这当中以天梭、浪琴、美度、梅花等为代表。其实除了瑞表，我觉得日本的精工、西铁城也是值得考虑的。比如像下面这款精工的机械表。
精工SP059J1
这款搭配精工的6R27自动机械机芯，振频28800转/小时，动力存储45小时。透视底盖，蓝宝石表镜，100米防水。售价6000多吧，一万不到。这款表的结构款式都不比一万的瑞表差，而且机芯结实耐用。
精工SRPA71J1
这款表壳表带采用DLC加硬碳素电镀处理，蓝宝石透视底结构，100米防水，搭配4R35自动机芯。动力存储41小时，振频21600转/小时。清晰易读的夜光时标和指针，即使是在黑暗的环境中也能一目了然。
精工还有很多售价几千块的手表，其实它们的性能和一万以内的瑞表相差不大。如果你想一万以内的手表，是可以考虑一下像精工、西铁城这些日本品牌的。毕竟买东西性价比也一个考虑的因素。
