爱因斯坦——从坐马车想到相对论

——从坐马车想到相对论

阿尔伯特·爱因斯坦（1879—1955），是20世纪最伟大的物理学家。他在物理学的量子论、宇宙学、相对论三个不同领域取得了历史性成就。特别是他的狭义相对论更是具有伟大的科学意义。

在爱因斯坦不足16岁的时候，有一次乘坐马车，当他看到马车经过时，忽然产生了一个奇怪的念头：如果有人以光速和光线一齐前进，那么，是不是将看到光线乃是静止在空间中的电磁波呢？

就像我们坐在一辆匀速行驶的汽车上，观察与我们以同样的速度、同样的方向，一块儿前进的另一辆汽车一样，感觉那辆汽车似乎是不动的。

可是，爱因斯坦却凭着推理和想象，认为那是不可能的。

火车上的乘客，相对于火车没有运动，相对于地面却以每秒几十米的速度飞驰而过。火车相对于地面运动、地球相对于太阳运动，这些都是相对运动。但是，如果按此继续推导下去，太阳相对于银河系中心运动，那银河系又相对于什么运动呢？

根据经典物理学的解释，除去相对运动外，还有绝对运动，即相对于绝对空间的运动。牛顿把它解释为：“是和外界任何事物无关，而永远是相同的和不动的。”

既然绝对空间和外界毫无关系，那它又是如何存在和被人所了解的呢？

对于这个问题，爱因斯坦决定从“以太之谜”入手进行研究。

“以太”这个词，是古希腊人的创造。他们认为空气中充满着这种以太物质是肉眼看不见的，但无处不在。

牛顿借用以太一词，把它作为万有引力的传播媒介。

但光的“波动说”却认为以太是光波的传播媒介，就像空气是声波的媒介一样。

“波动说”还认为，以太无所不在，不但充满宇宙空间，而且渗透于气体、水和一切物体之中。它没有一点摩擦阻力，不影响一切物体的运动。

19世纪末，以太又被人们说成是电磁场的承担者和电磁波的传播者。还有人干脆把这样看不见摸不着、说不清道不明的以太，说成是牛顿的绝对空间！

这种说法可靠吗？“难道光只有借助传播媒介才能传播吗？而这种传播媒介又只能是以太吗？”

“既然没有任何东西，能够证明绝对空间和绝对时间的存在，那么，它们就是不存在的。”

在狭义相对论中，爱因斯坦提出了两个基本原理：

一、光的速度是不变的。

二、当物体运动的速度接近或达到光速时，相对该物体来说，时间将减慢。即所谓狭义相对论原理。

爱因斯坦又根据狭义相对论原理，推导出了物体的质量也与运动密切相关，运动速度增加，质量也随之增加，并得出了质能关系式：E=mc2，即物体转化为能量时，能量的总值相当于它的质量与光速的平方的乘积，从而揭示了原子内部蕴藏着巨大能量的秘密！

对于相对论原理，爱因斯坦自己曾经做过简明扼要的说明：

“要点是这样的：早先人们认为，假如由于某种奇迹，一切有形体的事物突然一下子消失了，那么空间和时间仍会留下来。照相对论来说，空间和时间是和一切事物一起消失的。”

时间、长度和质量是力学研究中的三个基本量。在牛顿的力学中，它们是绝对的、不变的。但在相对论中，它们却又变成了和测量者所在的坐标系有关的量。

此外，在牛顿的力学中，质量和能量二者分明，互不相关，各自守恒。而在相对论中，牛顿的守恒定律就变成了质能守恒定律，即E=mc2。

于是，空间和时间统一起来了，物质和运动统一起来了，质量和能量统一起来了。这是一场真正的物理科学的革命！

爱因斯坦由平常乘坐的马车引发联想，通过丰富的想象力，开创了他终生事业标志的相对论，证明了“任何事都不是绝对的，而是相对的”。爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家，他总结出了一条自己成功的公式：成功=艰苦的劳动+正确的方法+少说空话。