广义相对论的创立

1、xx相对论的创立是科学史上的奇迹

爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家。他对科学的贡献遍及整个物理学领域。正如一些学者所指出的那样，“按照诺贝尔物理学奖颁发的标准，他至少可得五次奖金（指狭义相对论、质能相当性、广义相对论、光量子论、布朗运动等五项工作）。然而，在爱因斯坦的科学贡献中最令人赞叹的成就还是他成功地独自创立了广义相对论。

人们普遍认为，爱因斯坦在20世纪科学史上占据着至高无上的地位。如果我们问那些伟大的物理学家中的任何一个人，为20世纪物理学做出了最重要贡献的人是谁，那么，他们将会毫不犹豫地回答：

阿耳伯特·爱因斯坦。爱因斯坦的物理发现的压倒一切的重要性和他在科学史中独一无二的地位被普遍地承认，并且几乎无可争辩。著名的物理学家朗之万在评价爱因斯坦时说：

“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦的地位将在最前列。他现在是并且将来也还是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。很难说他是否同牛顿一样伟大，或者是比牛顿更伟大，不过，可以肯定地说，他的伟大是可以同牛顿比拟的。按我的意，他也许比牛顿更伟大一些，因为他对于科学的贡献更深入到人类思想基本概念的结构中。”另一位著名的物理学家朗道曾对20世纪杰出的物理学家的贡献做过一个有趣的比较。他把玻尔。海森伯、狄拉克、薛定谔等人都列为第一等，把自己列为第ZI等，唯独把爱因斯坦列为第Z等。由此可以看出爱因斯坦在20世纪科学史上占据多么突出的地位，而这主要是因为他独自一人成功地创立了广义相对论。

广义相对论的创立与其他物理学理论（包括狭义相对论）产生的途径完全不同，既不是为了解决理论与实验存在着的分歧，也不是为了满足理论发展的迫切需要，并且广义相对论是一项“真正的个人的工作”，完全是爱因斯坦独自的发现。

广义相对论是一门艰深难懂的理论，以致于它产生之后多年都很少有人真正弄懂它。英费尔德讲过这样一件趣事，“在大战期间爱丁顿作了一个关于广义相对论的报告。在报告结束时，一位物理学家对爱丁顿说：

‘这是一个出色的报告。您是这个世界上懂得并熟悉它的三个人之一’。当爱丁顿露出怀疑的神情时，这位物理学家补充说：

‘教授先生，您不要以为这是奉承的话，您是大谦虚了’。爱丁顿回答说：‘我并不感到难为情，我只是在想这第三个人是谁’。”

广义相对论又是一门优美迷人的理论，以致于人们往往用鉴赏一件艺术品的眼光去审视它，赞美它。

xxxx这样写道：

它的“雅致和美丽是无可争辩的。它应该作为20世纪数学物理学的一座最优美的纪念碑而永垂不朽”。

广义相对论这种既艰深难懂又优美迷人的特征，在玻恩的一段话中表现的最为充分确切。他写道：

“我还记得，1913年我在蜜月旅行途中随身行李里带了几本爱因斯坦的论文翻印本，它们老是好几个钟头地吸引着我的注意力，使我的新娘非常恼火。这些论文在我看来是很吸引人的，但是很难，几乎使人感到害怕。

当我1915年在柏林遇到爱因斯坦的时候，这个理论已经有了很多改进，而且由于莱维瑞尔所发现的水星近日点的反常性得到解释更增加了一层光辉。我不仅从书刊中，而且从多次同爱因斯坦的讨论中懂得了它，其结果是，我决定绝不在这方面尝试做任何工作。广义相对论的创立那时在我看来乃是人类思索自然中的最伟大的功绩，是哲学领悟、物理直觉和数学技巧最惊人的结合，今天我还是这样看。但是，它和经验的关联太少。我觉得它好像是一件伟大的艺术品，供人远远欣赏和赞羡。”

2、爱因斯坦创立xx相对论的主要过程

创立广义相对论的过程是科学史上极为壮丽的一幕，是爱因斯坦多年探索的成果，是他非凡智慧的结晶，是他不懈努力的产物，从中可以使我们更加深入地理解爱因斯坦的主要思想方法。

爱因斯坦说过：

“用尽可能简短的形式来表述一系列概念的进展，而又足以完整地把发展的连续性彻底保存下来，那是有点吸引人的。”本文力图按照这种精神，在其他一些学者研究工作的基础之上，简要叙述爱因斯坦创立广义相对论的主要过程，以便从中得出有益于我们的启示。

2、1、提出两条基本原理

广义相对论是建立在狭义相对论的基础上的。1905年，爱因斯坦发表了“论动体的电动力学”这篇具有划时代意义的光辉论文，创立了狭义相对论，成功地使一切物理学规律对一切惯性系保持协变，给物理学带来了革命性的变化。然而，狭义相对论还存在着无法使爱因斯坦满意的两个内在缺陷。一是狭义相对论还必须保留惯性系的优越地位，二是不可能以自然的方式把引力理论同狭义相对论联结起来。1907年，爱因斯坦发表了一篇极为重要的论文“关于相对论原理和由此得出的结论”。在这篇文章中，爱因斯坦总结了狭义相对论的思想内容及其深刻含义，并在文章的最后提出了广义相对论的两条基本原理：

xx相对性原理和等效原理。他写道：

“是否可以设想，相对性运动原理对于相互相对作加速运动的参考系也仍然成立？”还写道：

“我们在下面将假设：

引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。”通常都把这篇论文看作是广义相对论的起点。

从1905年爱因斯坦创立狭义相对论，到1907年他提出广义相对论的两条基本原理，这中间的过程最能体现出爱因斯坦思想方法的特征。他最善于“识别出那种能导致深邃知识的东西，而把其他许多东西撒开不管，把许多充塞脑袋并使它偏离主要目标的东西撇开不管”。

爱因斯坦创立狭义相对论是从消除在麦克斯韦电动力学理论中存在着一个相对于以太静止的优越参考系这一内在缺陷入手的。然而，狭义相对论虽然成功地打破了相对于以太静止的参考系的优越地位，但却不得不保留惯性系的优越地位，还没有满足爱因斯坦更基本的要求：

“物理学的定律必须具有这样的性质，它们对于无论哪种方式运动着的参考系都是成立的。”在爱因斯坦看来，“全部研究的中心是这样一个问题：

自然界中是否存在着物理学上看来是特殊的（特别优越的）运动状态？（物理学的相对性问题）”爱因斯坦认为，在一切参考系中从事物理学研究的观察者都具有同等的地位，他们所得到的物理学规律具有同等的效力，也就是说，不存在任何特别优越的参考系，一切参考系中的观察者都是平权的。这是爱因斯坦创立广义相对论最基本的思想，也是他毕生的科学信念。这一思想的确立，如同哥白尼打破地心说，达尔文发现人是由动物进化而来的一样，是对人类中心论和唯我独尊意识的巨大冲击，是人类思想认识水平提高的重要一步。

早在1905年爱因斯坦创立狭义相对论时，他就开始考虑这个问题了。他曾这样写道：

“当我通过狭义相对论得到了一切所谓惯性系对于表示自然规律的等效性时（1905年），就自然地引起了这样的问题：

坐标系有没有更进一步的等效性呢？换个提法：

如果速度概念只能有相对意义，难道我们还应当固执着把加速度当作一个绝对的概念吗？”爱因斯坦不满意狭义相对论保留着惯性系的优越地位，因为“更为令人满意的应当是这样一种理论，它从一开始就不区分出任何特别优越的运动状态”。

在今天看来，把狭义相对性原理推广到广义相对性原理似乎是很顺理成章的自然步骤。爱因斯坦自己也说过：

“由于已经证明引进狭义相对性原理是合理的，因而每一个追求普遍化结果的人必然很想朝着广义相对性原理探索前进。”但是，要注意这必须是一个像爱