相对论-论动体的电动力学
爱因斯坦相对论发布时间
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爱因斯坦相对论是一种科学理论，它描述了时空结构和物质运动之间的关系。
该理论包括狭义相对论和广义相对论两个部分，分别于 1905 年和 1915 年被爱因斯坦提出。
1905 年，爱因斯坦发表了题为《论动体的电动力学》一文中提出狭义相对论，首次提出“四维时空”的概念，极大的改变了人们的时空观。
1915 年左右，爱因斯坦发表一系列论文给出了广义相对论概念，认为引力其实并不是一种“力”，而是一种时空效应，即物体的质量能够产生时空的弯曲。
至此，广义相对论的主体部分得以完成。
在提出相对论的过程中，爱因斯坦并不是一蹴而就的，而是通过多年的思考和实验研究逐步建立起来的。
他的相对论理论不仅深刻地改变了人们对时空和物质运动的认识，也为现代物理学的发展奠定了基础。
爱因斯坦与相对论
• 同时性的相对性：
– 如果是静止状态，Ａ，Ｂ两端同时闪电，中点 Ｍ处应当同时看到闪电．但整个系统在向右运 动，这时，处在Ｍ处的观察者是先看到Ｂ处的 闪电，再看到Ａ处的闪电．
T0：静止状态下的时间 T ：运动状态下的时间 S ：相对运动速度 C ：光速
10-5 10-3 0.1 0.25 0.5 0.75 0.9 0.99
观察者测得相对于他运 动的时钟时间长度 1.000 000 000 05 1.000 000 5 1.005 1.03 1.15 1.5 2.3 7.1
V1=0.999C
乙 甲 V2
• 电动力学的麦克斯韦理论预言: 电磁场中的任何扰动，比如一个带电物体运动引 起的扰动，一定会作为一个波以C（光速）通过电 磁场向外传播。 • 爱因斯坦预言：麦克斯韦理论像一切其他自然定 律一样，也服从相对性原理。由于光速是嵌在麦 克斯韦理论中，爱因斯坦得出结论：每一个观察 者都应该观察到每一束光都以速度C运动，无论观 察者状态如何。（光速不变原理）
• 1905年：
–爱因斯坦在德国《物理学年鉴》中发表5篇文章，其中 3篇有划时代成就。 –一篇关于“光电效应”，由于这篇文章，爱因斯坦在 1921年获诺贝尔奖。 –第二篇，关于“布朗运动”，爱因斯坦第一个用数学 方法解释“布朗运动”。 –第三篇，“论动体的电动力学”提出“相对论”。他 从同时性的相对性为突破口，建立全新的时间和空间 理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以 完整的形态。
甲
甲
0.5 0 秒 0.25 0.75 T= 1
• 运用毕达Hale Waihona Puke 拉斯定律导出时间延缓公式：TS
(TC)2=(TS)2+(T0C)2 T=T0 /(1-S2/C2)1/2
论动体的电动力学
狭义相对论爱因斯坦第二假设爱因斯坦第二假设--时间和空间伽玛参数宇宙执法者的历险宇宙执法者的历险--微妙的时间质量和能量光速极限广义相对论基本概念爱因斯坦第三假设爱因斯坦第四假设宇宙几何爱因斯坦第一假设全部狭义相对论主要基于爱因斯坦对宇宙本性的两个假设。
第一个可以这样陈述：所有惯性参照系中的物理规律是相同的此处唯一稍有些难懂的地方是所谓的“惯性参照系”。
举几个例子就可以解释清楚：假设你正在一架飞机上，飞机水平地以每小时几百英里的恒定速度飞行，没有任何颠簸。
一个人从机舱那边走过来，说：“把你的那袋花生扔过来好吗？”你抓起花生袋，但突然停了下来，想道：“我正坐在一架以每小时几百英里速度飞行的飞机上，我该用多大的劲扔这袋花生，才能使它到达那个人手上呢？”不，你根本不用考虑这个问题，你只需要用与你在机场时相同的动作（和力气）投掷就行。
花生的运动同飞机停在地面时一样。
你看，如果飞机以恒定的速度沿直线飞行，控制物体运动的自然法则与飞机静止时是一样的。
我们称飞机内部为一个惯性参照系。
（“惯性”一词原指牛顿第一运动定律。
惯性是每个物体所固有的当没有外力作用时保持静止或匀速直线运动的属性。
惯性参照系是一系列此规律成立的参照系。
另一个例子。
让我们考查大地本身。
地球的周长约40，000公里。
由于地球每24小时自转一周，地球赤道上的一点实际上正以每小时1600公里的速度向东移动。
然而我敢打赌说Steve Young在向Jerry Rice（二人都是橄榄球运动员。
译者注）触地传球的时候，从未对此担心过。
这是因为大地在作近似的匀速直线运动，地球表面几乎就是一个惯性参照系。
因此它的运动对其他物体的影响很小，所有物体的运动都表现得如同地球处于静止状态一样。
实际上，除非我们意识到地球在转，否则有些现象会是十分费解的。
（即，地球不是在沿直线运动，而是绕地轴作一个大的圆周运动）例如：天气（变化）的许多方面都显得完全违反物理规律，除非我们对此（地球在转）加以考虑。
爱因斯坦相对论-论动体地电动力学(中文版)
论动体的电动力学大家知道，麦克斯韦电动力学---- 象现在通常为人们所理解的那样一一应用到运动的物体上时，就要引起一些不对称，而这种不对称似乎不是现象所固有的。
比如设想一个磁体同一个导体之间的电动力的相互作用。
在这里，可观察到的现象只同导休和磁体的相对运动有关，可是按照通常的看法，这两个物体之中，究竟是这个在运动，还是那个在运动，却是截然不同的两回事。
如果是磁体在运动，导体静止着，那么在磁体附近就会出现一个具有一定能量的电场，它在导体各部分所在的地方产生一股电流。
但是如果磁体是静止的，而导体在运动，那么磁体附近就没有电场，可是在导体中却有一电动势，这种电动势本身虽然并不相当于能量，但是它一一假定这里所考虑的两种情况中的相对运动是相等的-------------------- 却会引起电流，这种电流的大小和路线都同前一情况中由电力所产生的一样。
堵如此类的例子，以及企图证实地球相对于“光煤质”运动的实验的失败，引起了这样一种猜想：绝对静止这概念，不仅在力学中，而且在电动力学中也不符合现象的特性，倒是应当认为，凡是对力学方程适用的一切坐标系，对于上述电动力学和光学的定律也一样适用，对于第一级微量来说，这是已经证明了的。
我们要把这个猜想（它的内容以后就称之为“相对性原理”）提升为公设，并且还要引进另一条在表面上看来同它不相容的公设：光在空虚空间里总是以一确定的速度C传播着，这速度同发射体的运动状态无关。
由这两条公设，根据静体的麦克斯韦理论，就足以得到一个简单而又不自相矛盾的动体电动力学。
“光以太”的引用将被证明是多余的，因为按照这里所要阐明的见解，既不需要引进一个共有特殊性质的“绝对静止的空间”，也不需要给发生电磁过程的空虚实间中的每个点规定一个速度矢量。
这里所要闸明的理论一一象其他各种电动力学一样一一是以刚体的运动学为根据的，因为任何这种理论所讲的，都是关于刚体（坐标系）、时钟和电磁过程之间的关系。
对这种情况考虑不足，就是动体电动力学目前所必须克服的那些困难的根源。
爱因斯坦 论动体的电动力学
爱因斯坦论动体的电动力学爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家之一，他的相对论理论为人类科学发展带来了一次革命性的突破。
在他的众多理论中，爱因斯坦的动体的电动力学论述是其闪耀光芒中的一个重要组成部分。
动体的电动力学是一门研究运动中的电荷和电磁场相互作用的学科，下面将从几个重要的角度介绍爱因斯坦对动体的电动力学的论述与贡献。
首先，爱因斯坦对相对论电动力学的理论构建做出了重要贡献。
他提出了四维时空的概念，并在其中引入了电磁四矢量，即同时包含电场和磁场信息的电动力学矢量。
这样，电动力学的公式与相对论的框架相协调，使得我们可以以一种统一的方式描述运动中的电磁现象。
爱因斯坦的相对论电动力学不仅在理论上有极高的准确性，而且在实验上也获得了广泛的验证，为后来的科学研究和技术应用提供了坚实的基础。
其次，爱因斯坦的动体电动力学给出了一个全新的视角来解释电磁现象。
他的理论告诉我们，电磁现象并不是在静止参考系中独立存在的，而是与观察者的运动状态有关。
具体来说，当观察者与电荷保持静止时，我们所感知到的电场和磁场是相对静止的；当观察者与电荷一同运动时，电场和磁场的强度和方向将会发生变化。
这种观点为我们理解电磁现象的本质提供了一种全新思路，并以实验事实的形式得到了证明。
此外，爱因斯坦的动体电动力学理论还对于相对论的发展起到了重要的指导作用。
他的论述引入了不变量的概念，即在相对论框架下，某些物理量在不同参考系中的取值都是相同的，例如电磁场的不变量是电磁张量。
这种取值不变性在物理学中具有重要的意义，它使得我们可以通过数学表达来描述自然界中的基本物理规律。
爱因斯坦对不变量的引入，开启了相对论在电动力学领域进一步发展的大门，也为后来量子场论等现代物理学理论的建立提供了重要的思想指导。
综上所述，爱因斯坦的论述与贡献使得动体的电动力学在相对论的框架下得到了深入研究和全面理解。
他的理论构建、新视角和对不变量的引入，都为我们认识电磁现象的本质和揭示自然界基本规律提供了重要的思考和指导。
相对论力学和电动力学-DSL
相对论的多普勒效应公式
当
v << c
ω ≈ ω0
则
v 1 − cos θ c
经典多普勒效应公式
若迎着光源运动方向观察辐射，由于 θ = 0 则
ω = ω0
1+ v c 1− v c
显 然 ω > ω 0 (v < < c )
π
2
这种现象称为纵向多普勒效应
θ= 若在垂直于光源运动方向观察，
则
ω = ω0 1 − ( v c ) 2
第二讲 相对论力学和电动力学
Relativistic Mechanics and Electrodynamics
6.3 相对论理论的四维形式
1、洛伦兹变换的四维形式 洛伦兹变换的四维形式 洛伦兹变换形式为
v t− 2 x x − vt ' c x' = ,t = v2 v2 1− 2 1− 2 c c y ' = y, z ' = z
Σ → ω，k Σ ' → ω '，k'
（2）多普勒效应
'
推导
v ω = ωγ (1 − cos θ ) c
若 ∑ ′ 为光源的静止参照系，则 ω ′ = ω 0， ω 0 为静 止光源的辐射角频率。 光 射角 率
ω'
v γ (1 − cos θ ) c
2 v ω0 1 −
ω=
=
c2
v (1 − cos θ ) c
' '
′ = k3 k3
v c
( μ = 3)
( μ =4 )
v c cos θ −
ω ′ = ωγ (1 − cos θ )
相对论力学与电动力学PPT讲稿
( vkx )
得到
c
cos
(
c
cos
v c2
)
sin sin
c
c
( v cos )
c
由此可看出：
(1 v cos )
c
这是相对论中的多普勒效应。 还可得到：
tg
k y k x
(
c
sin
c
cos
v c2
)
sin (cos
v
)
c
这就是相对论中的光行差公式。
Class is Over!
Thank you! Boys and girls!
相对论力学与电动力学课件
1、物理量按空间变换性质分类
一个表达物理规律的方程，当坐标系经过变 换而方程的形式不变时，称这方程对于这个变换 为协变的。狭义相对论要求所有表达物理规律的 方程对 Lorentz变换是协变的，或称之具有 Lorentz协变性。
a) 标量
f’ = f
b) 矢量
xi aij x j
i c
E1
i c
E 2
i c
E3
0
0
0 B3
0 1
0 0
i
0
B3
0
B2 B1
i c
i c
E1
E2
0
0 0 i 10 0
0
i
0 0
1 0
0
i c
B2 E1
B1
i c
E2
0
i c
E3
i c
E3
0 i
0
01 00
0
由此矩阵形式，即可求出电场和磁场各分量的变换 关系式：
相对论公式的含义
狭义相对论的公式：S(R⁴,η_αβ)。
狭义相对论是阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发表的题为《论动体的电动力学》一文中提出的区别于牛顿时空观的新的平直时空理论。
狭义相对论是对艾萨克·牛顿时空理论的拓展，要理解狭义相对论就必须理解四维时空，其数学形式为闵可夫斯基几何空间。
广义相对论包括如下几条基本假设：1、广义相对性原理（广义协变性原理）：任何物理规律都应该用与参考系无关的物理量表示出来。
用几何语言描述即为，任何在物理规律中出现的时空量都应当为该时空的度规或者由其导出的物理量。
2、爱因斯坦场方程（详见广义相对论条目）：它具体表达了时空中的物质（能动张量）对于时空几何（曲率张量的函数）的影响，其中对应能动张量的要求（其梯度为零）则包含了上面关于在其中做惯性运动的物体的运动方程的内容。
相对论公式是什么呢?相对论公式：1、广义相对论：R_uv-1/2×R×g_uv=κ×T_uv。
2、狭义相对论：S(R4,η＿αβ）。
3、相对速度公式：△v=|v1-v2|/√（1-v1v2/c^2)。
4、相对长度公式L=Lo*√（1-v^2/c^2)Lo。
5、相对质量公式M=Mo/√（1-v^2/c^2)Mo。
6、相对时间公式t=to*√（1-v^2/c^2)to。
相对解释：相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。
相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。
相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。
相对论的所有公式狭义相对论力学（注:“γ”为相对论因子，γ=1/sqr(1-u^2/c^2)，β=u/c，u为惯性系速度。
）1．基本原理：（1）相对性原理：所有惯性系都是等价的。
（2）光速不变原理：真空中的光速是与惯性系无关的常数。
爱因斯坦和“相对论”的故事
爱因斯坦和“相对论”的故事1911年的一天，在著名的布拉格大学校园里的一片草地上，一群大学生围坐在一位年轻学者的身旁，正进行着激烈的讨论。
“请您通俗地解释一下，什么叫相对论?”一位学生微笑着向青年学者发问。
年轻学者环视一下周围的男女学生，微笑着答道：“如果你在一个漂亮的姑娘旁边坐了两个小时，就会觉得只过了1分钟;而你若在一个火炉旁边坐着，即使只坐1分钟，也会感觉到已过了两个小时。
这就是相对论。
”大学生们先是一愣，接着便大笑起来。
“好!今天我们就谈到这里。
”年轻学者站起身来，向大家告别后，便向图书馆走去。
这位年轻学者，就是伟大的科学家，相对论的创始人——爱因斯坦。
爱因斯坦1879年3月14日出生在德国的一个犹太人家庭。
父亲是一个电器作坊的小业主，当爱因斯坦15岁时，父亲因企业倒闭带领全家迁往意大利谋生。
1896年秋天，爱基斯坦就读于瑞士联邦高等工业学校。
在学校里，除了数学课以外，他对其它讲得枯燥无味的课程都不感兴趣。
但热衷于探索自然界的奥秘，对此他产生了浓厚的兴趣，利用课外时间阅读大量有关哲学和自然科学的书籍。
1900年，爱因斯坦从瑞士联邦高等工业学校毕业后，加入了瑞士国籍，长期找不到工作。
两年后，他才在瑞士联邦专利局找到同科学研究无关的固定职业。
但在专利局供职期间，他不顾工资低微的清贫生活，坚持不懈地利用业余时间进行科学研究，并不断取得成果。
1905年，爱因斯坦在物理学方面的研究，取得突破性进展，创立了狭义相对论。
这时他刚刚26岁。
相对论是爱因斯坦在自己题为《论动体的电动力学》这篇论文中提出的。
在此之前，传说物理学的时空观是静止的、机械的、绝对的，空间、时间、物质和物质运动相互独立，彼此没有什么内在联系。
也就是说，物质只不过是孤立地处于空间的某一个位置，物质运动只是在虚无的、绝对的空间作位置移动，时间也是绝对的，它到处都是一样的，是独立于空间的不断流逝着的长流。
这就是牛顿古典力学的时空观。
爱因斯坦以极大的毅力和胆识，突破了传统物理学的束缚，猛烈地冲击形而上学的自然观。
狭义相对论的诞生
狭义相对论的诞生1905年9月，阿尔伯特·爱因斯坦在德国权威性的《物理学杂志》上发表了题为“论动体的电动力学”的划时代论文，这篇把哲学的深奥、物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起的伟大杰作，被人们称之为狭义相对论，正是它全面地拉开了现代物理学革命的序幕。
狭义相对论使力学和电动力学相互协调，并对时间、空间和运动等传统的基本概念进行了新的认识，它把动量守恒定律和能量守恒定律联系起来，揭示了质量和能量的统一。
狭义相对论是现代物理学和科学技术的重要理论基础之一，它不仅大大推动了自然科学和技术的发展，而且在哲学世界观方面具有非常重大的意义。
1、马赫对牛顿绝对时空观的批判最早提出运动的相对性问题的是近代科学之父伽利略。
在中世纪的欧洲，托勒密的地球中心说长期以来占据着统治地位。
而伽利略则拥护哥白尼的太阳中心说。
当时的学者们强烈反对伽利略关于“地球在运动”的观点，其理由如下：（1）我们感觉不到地球在运动。
（2）如果地球既有公转也有自转，那么地球上的物体岂不是都会被向后抛吗？（3）如果地球在自西向东自转的话，那么从高处由静止落下的石头，将不会落到正下方，而必然会落到偏西的位置。
对于这些批评，伽利略分别进行了如下反驳：第一，我们感觉不到地球在运动，与我们乘坐以匀速运动的船时感觉不到船在运动是一样的。
这种想法与相对性原理以及作为相对论的基础的惯性系的概念相联系。
第二点和第三点，因为地球上的物体与地球一起运动着，下落的石头在水平方向与地球以同样的速度运动，所以仍然会落到正下方，这个观点与惯性定律相联系。
惯性定律可以表述为：“如果物体完全不受外力作用，它将保持匀速直线运动状态（静止的物体将保持静止）。
”我们把满足惯性定律成立的条件的地方称为惯性系。
理想的惯性系大概是独自漂游在远离星星的宇宙空间的宇宙飞船中的坐标系。
由于相对于这艘宇宙飞船作匀速运动的其他宇宙飞船都是惯性系，所以惯性系还是有无穷多个。
正如伽利略所说，在一切惯性系中，物体遵循相同的运动规律。
狭义相对论的主要内容
狭义相对论的主要内容
狭义相对论（Special Theory of Relativity）是阿尔伯特·爱因斯坦在1905年发表的题为《论动体的电动力学》一文中提出的区别于牛顿时空观的新的平直时空理论。
“狭义”表示它只适用于惯性参考系。
这个理论的出发点是两条基本假设：狭义相对性原理和光速不变原理。
理论的核心方程式是洛伦兹变换（群）（见惯性系坐标变换）。
狭义相对论预言了牛顿经典物理学所没有的一些新效应（相对论效应），如时间膨胀、长度收缩、横向多普勒效应、质速关系、质能关系等。
狭义相对论已经成为现代物理理论的基础之一：一切微观物理理论（如基本粒子理论）和宏观引力理论（如广义相对论）都满足狭义相对论的要求。
这些相对论性的动力学理论已经被许多高精度实验所证实。
狭义相对论不仅包括如时间膨胀等一系列推论，而且还包括麦克斯韦－赫兹方程变换等。
狭义相对论需要使用引入张量的数学工具。
狭义相对论是对艾萨克·牛顿时空理论的拓展，要理解狭义相对论就必须理解四维时空，其数学形式为闵可夫斯基几何空间。
现在对于物理理论新的分类标准，是以其理论是否是决定论来划分经典与非经典的物理学，非量子理论都可以叫经典或古典理论。
在此意义上，狭义相对论仍然是一种经典的理论。
爱因斯坦相对论的故事读后感
爱因斯坦相对论是关于时空和引⼒的基本理论，主要由爱因斯坦创⽴。
读了爱因斯坦相对论这本书，你都有什么样的感想呢?下⾯店铺为⼤家整理推荐了爱因斯坦相对论读后感，欢迎⼤家前来参阅。
爱因斯坦相对论读后感篇⼀ ⼀百多年前，⼀位物理巨匠正在讲台上侃侃⽽谈，就是这篇⽂章，使全世界进⼊了⼀个新的时代。
他就是爱因斯坦，⼀位对世界做出巨⼤贡献的⼈。
那篇⽂章便是振惊了全世界的相对论。
爱因斯坦⼀⽣中最重要的贡献是相对论。
1905年他发表了题为《论动体的电动⼒学》的论⽂，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，建⽴了狭义相对论。
随后，经过多年的努⼒，1915年他⼜建⽴了⼴义相对论，进⼀步揭⽰了四维空时同物质的统⼀关系，指出空时不可能离开物质独⽴存在。
根据⼴义相对论的引⼒论，他推断光在引⼒场中不沿着直线⽽会沿着曲线传播，这⼀理论在1919年得到证实。
1938年，他在⼴义相对论的运动问题上取得重⼤发展，更深⼀步揭⽰了空时、物质、运动和引⼒之间的统⼀性。
60年代以来，⼴义相对论和引⼒论的研究，由于试验技术和天⽂学的巨⼤发展受到重视。
爱因斯坦能够成为物理学史上的⼀课耀眼的明珠，是因为什么呢?因为他有⼀颗积极进去的⼼、严谨细⼼的态度和持之以恒的精神。
如果他缺少了其中的哪⼀个，就不可能会成功。
当你拥有⼀颗积极进取的⼼时，哪怕跌倒了，都能够站起来，勇敢的迈出下⼀步，并能够充满信⼼的期待着美好的明天。
爱因斯坦能成功，还有⼀个重要的因素，那就是他爱动脑筋。
⼩时候，他爸爸给了他⼀个罗盘，他感到很新奇，就对着这个罗盘思考了半天。
我们有时候也会对着某样事物思考半天，也⽆法回答⾝边的许多事情，但当我们不懂的时候却抱着⽆所谓的态度，就算知道了答案也过⼀会⼉就会忘记。
也许就是天才和烦⼈差的那⼀步 从爱因斯坦的经历上，我懂得了：我们应该有⼀颗积极进取的⼼，不管我们做什么事情，只要我们能坚持⾃⼰喜欢的，拥有严谨细⼼的态度，认真负责的决⼼，扎实进取的⾏动，持之以恒的精神，⾦⼦就⼀定能够发光的。
狭义相对论的创立
狭义相对论的创立1905年9月，年仅H 十六岁的阿尔伯特·爱因斯坦在德国权威性的《物理学杂志》上发表了划时代的论文——“论动体的电动力学”。
这篇后来被称之为狭义相对论的论文是理性思维的伟大杰作，它把哲学的深奥，物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起。
它与《物理学杂志》17卷上的爱因斯坦的另外两篇开创性的论文（光量子论文和布朗运动论文）在科学史上谱写出激动人心的篇章，全面地打开了物理学革命的新局面。
狭义相对论获得了巨大的成功。
它使力学和电动力学相互协调，它减少了电动力学中逻辑上互不相关的假设的数目，它对时间，空间等基本概念作了必不可少的方法论分析，它把动量守恒定律和能量守恒定律联系起来，揭示了质量和能量的统一。
它与爱因斯坦1915年创立的广义相对论一起，大大改变了传统的世界观和传统的思维方式，把人们带进了一个奇妙的新世界。
面对科学史上这一重大的事件，人们必然会问：狭义相对论究竟是怎样创立的？被排斥在学术界之外的默默无闻的爱因斯坦为什么会捷足先得？这一伟大的智力搏斗能够给我们哪些认识论和方法论的启示？现在，让我们对世纪之交这一富有戏剧性的历史事件作一番历史的、哲学的考察吧。
狭义相对论的先驱：洛伦兹和彭加勒从19世纪初光的波动说复活以来，物理学家一直对传光煤质以太议论不休，其中一个重要问题是以太和有重物质（特别是地球）之间的关系问题。
其实，早在1727年，英国天文学家布雷德利发现，地球绕太阳公转时，由于速度变化，所观察到的恒星位置也随着变化。
这就是所谓的“光行差”现象。
用光的波动论来解释光行差，只要假定以太相对于太阳静止。
不被地球曳引就行了。
光的波动论的倡导者菲涅耳就持有静止以太说，他在1818年指出，地球是由极为多孔的物质构成的，以太在其中运动几乎不受什么阻碍，可以把地球表面的以太看作是静止的。
斯托克斯认为菲涅耳的理论是建立在一切物体对以太都是透明的基础上，因而是不能容许的。
他于1845年提出，在地球表面，以太与地球有相同的速度，即地球完全曳引以太。
爱因斯坦在创立相对论的过程中
爱因斯坦在创立相对论的过程中1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后（即《论动体的电动力学》），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。
1912年，爱因斯坦在联邦工业大学当上了教授，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冲突。
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，爱因斯坦正在继续完成广义相对论。
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。
爱因斯坦发布相对论战胜挫折的事例
爱因斯坦发布相对论战胜挫折的事例早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快的速度前进的电磁波，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框架的，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。
相对论 爱因斯坦提出的关于时空和引力的基本理论
相对论爱因斯坦提出的关于时空和引力的基本理论相对论（英语：theory of relativity）是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。
相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。
相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。
不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非经典的=量子的”。
在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。
狭义与广义相对论的分别传统上，在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期，人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。
随着相对论理论的发展，这种分类方法越来越显出其缺点——参考系是跟观察者有关的，以这样一个相对的物理对象来划分物理理论，被认为不能反映问题的本质。
目前一般认为，狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力（弯曲时空），即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题，而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学。
用相对论的语言来说，就是狭义相对论的背景时空是平直的，即四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零，又称闵氏时空；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。
狭义相对论爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中介绍了其狭义相对论。
狭义相对论建立在如下的两个基本公设上：•狭义相对性原理(狭义协变原理):所有惯性参考系的重量相等，即物理定律的形式在任何惯性参考系中都是一样的。
这意味着，对于一个仍在实验室中的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动的电子，物理定律是一样的。
•光速不变原理：真空中的光速在任何参考系下是恒定不变的，这用几何语言可以表述为光子在时空中的世界线总是类光的。
也正是由于光子有这样的实验性质，在国际单位制中使用了“光在真空中1/299,792,458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”（米）。
爱因斯坦发现相对论的过程
爱因斯坦发现相对论的过程
爱因斯坦发现相对论的过程可以追溯到1905年，当时他发表了一篇题为《论动体的电动力学》的文章，研究了物体的运动对光学现象的影响。
这是当时经典物理学面对的另一个难题。
在文章中，爱因斯坦提出了著名的质能关系式E=mc²，揭示了质量和能量之间的联系。
在发现相对论之前，爱因斯坦对麦克斯韦的电磁场理论进行了深入的研究。
他发现电磁波是以光速传播的，并意识到这会对时间和空间产生深远的影响。
他开始思考如果物体以接近光速的速度运动，会出现什么情况。
爱因斯坦提出了相对论的两个基本假设：相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出，物理定律在所有惯性参照系中形式都保持不变。
光速不变原理则指出，光在真空中的传播速度对任何观察者来说都是相同的。
基于这两个假设，爱因斯坦发现时间和空间会随着物体运动的速度而发生变化。
当物体运动速度接近光速时，时间会变慢，空间也会收缩。
这就是相对论中的时间膨胀和长度收缩效应。
爱因斯坦还提出了质能关系式E=mc²，揭示了质量和能量之间的联系。
这个公式说明了物体以接近光速运动时，其质量会增加，而能量也会相应增加。
相对论的提出彻底改变了我们对时间和空间的理解，并对物理学产生了深远的影响。
它为后来的原子能、激光、粒子物理学等技术的发展提供了理论基础。
相对论发展史
9月
（11月发表）
爱因斯坦生平（Ⅱ）
1909-1914 进入大学工作（苏黎士，布 拉格等地）
1914-1933 柏林大学教授，德国物理研 究所所长、院士
1915
提出广义相对论（36岁）
1933-1955 美国普林斯顿大学高级研究
所研究员
1955年4月18日 逝世
二.狭义相对论
光波是“以太”的弹性振动。 以太相对于地球运动吗？ 光行差现象（1728，1810）：以太相
洛伦兹变换：相对于绝对空间的变换
z ' z ·正确表述“相对性原理”
中，小学时代 德国慕尼黑 提出地方时间
广义相对论的三个实验验证
以太相对于地球运动吗？
t (t vx / c ) / 1 v / c ' （1887 佛格特，1898 拉摩）
1914-1933 柏林大学教授，德国物理研
2
22
爱因斯坦的新理论
暗能量 动力学暗能量 广义相对论在宇观尺度失效
0.5% 4% 0.3% 29%
65%
黑洞
r
r 2GM (视界） c 2 r=0奇点
洞外 洞内
t 时间 空间
r 空间 时间
信息疑难
霍金
(S.W.Hawking)
索恩
(Kip.Throne)
普瑞斯基
(John Preskill )
2004年7月21日,霍金 “我输了”
相对论发展史
一. 两朵乌云
1900，开尔文勋爵： 物理学的大厦已经建成，未
来的物理学家只需要做些修修补补 的工作就行了。但是，明朗的天空 还有两朵乌云：一朵与黑体辐射有 关，另一朵与迈克尔逊实验有关。
第一朵乌云：黑体辐射
爱因斯坦相对论-论动体的电动力学(中文版)
论动体的电动力学大家知道，麦克斯韦电动力学——象现在通常为人们所理解的那样——应用到运动的物体上时，就要引起一些不对称，而这种不对称似乎不是现象所固有的。
比如设想一个磁体同一个导体之间的电动力的相互作用。
在这里，可观察到的现象只同导休和磁体的相对运动有关，可是按照通常的看法，这两个物体之中，究竟是这个在运动，还是那个在运动，却是截然不同的两回事。
如果是磁体在运动，导体静止着，那么在磁体附近就会出现一个具有一定能量的电场，它在导体各部分所在的地方产生一股电流。
但是如果磁体是静止的，而导体在运动，那么磁体附近就没有电场，可是在导体中却有一电动势，这种电动势本身虽然并不相当于能量，但是它——假定这里所考虑的两种情况中的相对运动是相等的——却会引起电流，这种电流的大小和路线都同前一情况中由电力所产生的一样。
堵如此类的例子，以及企图证实地球相对于“光煤质”运动的实验的失败，引起了这样一种猜想：绝对静止这概念，不仅在力学中，而且在电动力学中也不符合现象的特性，倒是应当认为，凡是对力学方程适用的一切坐标系，对于上述电动力学和光学的定律也一样适用，对于第一级微量来说，这是已经证明了的。
我们要把这个猜想（它的内容以后就称之为“相对性原理”）提升为公设，并且还要引进另一条在表面上看来同它不相容的公设：光在空虚空间里总是以一确定的速度C 传播着，这速度同发射体的运动状态无关。
由这两条公设，根据静体的麦克斯韦理论，就足以得到一个简单而又不自相矛盾的动体电动力学。
“光以太”的引用将被证明是多余的，因为按照这里所要阐明的见解，既不需要引进一个共有特殊性质的“绝对静止的空间”，也不需要给发生电磁过程的空虚实间中的每个点规定一个速度矢量。
这里所要闸明的理论——象其他各种电动力学一样——是以刚体的运动学为根据的，因为任何这种理论所讲的，都是关于刚体（坐标系）、时钟和电磁过程之间的关系。
对这种情况考虑不足，就是动体电动力学目前所必须克服的那些困难的根源。
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，
，
，
此处
而 暂时仍是v的一个未知函数。如果对于动系的初始位置和τ的零点不作任何假定，那么这些方程的右边都有一个附加常数。
我们现在应当证明，任何光线在动系量度起来都是以速度c传播的，如果象我们所假定的那样，在静系中的情况就是这样的；因为我们还未曾证明光速不变原理同相对性原理是相容的。
和
此处 rAB表示运动着的杆的长度——在静系中量得的。因此，同动杆一起运动着的观察者会发现这两只钟不是同不进行的，可是处在静系中的观察者却会宣称这两只钟是同步的。
由此可见，我们不能给予同时性这概念以任何绝对的意义；两个事件，从一个坐标系看来是同时的，而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来，它们就不能再被认为是同时的事件了。
当然，我们对于用如下的办法来测定事件的时间也许会成到满意，那就是让观察者同表一起处于坐标的原点上，而当每一个表明事件发生的光信号通过空虚空间到达观察者时，他就把当时的时针位置同光到达的时间对应起来。但是这种对应关系有一个缺点，正如我们从经验中所已知道的那样，它同这个带有表的观察者所在的位置有关。通过下面的考虑，我们得到一种此较切合实际得多的测定法。
这里所要闸明的理论——象其他各种电动力学一样——是以刚体的运动学为根据的，因为任何这种理论所讲的，都是关于刚体（坐标系）、时钟和电磁过程之间的关系。对这种情况考虑不足，就是动体电动力学目前所必须克服的那些困难的根源。
一 运动学部分
§1、同时性的定义
设有一个牛顿力学方程在其中有效的坐标系。为了使我们的陈述比较严谨，并且便于将这坐标系同以后要引进来的别的坐标系在字面上加以区别，我们叫它“静系”。
论动体的电动力学
大家知道，麦克斯韦电动力学——象现在通常为人们所理解的那样——应用到运动的物体上时，就要引起一些不对称，而这种不对称似乎不是现象所固有的。比如设想一个磁体同一个导体之间的电动力的相互作用。在这里，可观察到的现象只同导休和磁体的相对运动有关，可是按照通常的看法，这两个物体之中，究竟是这个在运动，还是那个在运动，却是截然不同的两回事。如果是磁体在运动，导体静止着，那么在磁体附近就会出现一个具有一定能量的电场，它在导体各部分所在的地方产生一股电流。但是如果磁体是静止的，而导体在运动，那么磁体附近就没有电场，可是在导体中却有一电动势，这种电动势本身虽然并不相当于能量，但是它——假定这里所考虑的两种情况中的相对运动是相等的——却会引起电流，这种电流的大小和路线都同前一情况中由电力所产生的一样。
2 ，任何光线在“静止的”坐标系中都是以确定的速度 c运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。由此，得
这里的“时间间隔”，是依照§1中所定义的意义来理解的。
设有一静止的刚性杆；用一根也是静止的量杆量得它的长度是l．我们现在设想这杆的轴是放在静止坐标系的 X 轴上，然后使这根杆沿着X轴向 x 增加的方向作匀速的平行移动（速度是 v ）。我们现在来考查这根运动着的杆的长度，并且设想它的长度是由下面两种操作来确定的：
现在对其中一个坐标系（k）的原点，在朝着另一个豁止的坐标系（K）的x增加方向上给以一个（恒定）速度v，设想这个速度也传给了坐标轴、有关的量杆，以及那些钟。因此，对于静系 K 的每一时间t ，都有动系轴的一定位置同它相对应，由于对称的缘故，我们有权假定 k 的运动可以是这样的：在时间 t （这个“t”始终是表示静系的时间），动系的轴是同静系的轴相平行的。
从 k 系的原点在时间τ0发射一道光线，沿着X轴射向x`，在τ1时从那里反射回坐标系的原点，而在τ2时到达；由此必定有下列关系：
或者，当我们引进函数τ的自变量，并且应用到静系中的光速不变原理：
如果我们选取x`为无限小，那么：
或者，
应当指出，我们可以不选坐标原点，而选别的点做为光线的出发点，因此刚才所得到的方程对于 x ' , y , z 的一切数值都该是有效的。
作类似的考查——用在 H 轴和 Z 轴上——并且注意到，从静系看来，光沿着这些轴传播的速度始终是 ，这就得到：
由于τ是线性函数，从这个方程得到：
此处 a 暂时还是一个未知函数 ，并且为了简便起见，假定在 k 的原点，当，τ=0时，t =0。
借助于这一结果，就不难确定ξ，η，ζ，这些量，这只要用方程来表明，光（象光速不变原理和相对性原理所共同要求的）在动系中量度起来也是以速度c在传播的。对于在时间τ=0向ξ增加的方向发射出去的一道光理经验，对于静止在不同地方的各只钟，规定了什么叫做它们是同步的，从而显然也就获得了“同时”和“时间”的定义。一个事件的“时间”，就是在这事件发生地点静止的一只钟同该事件同时的一种指示，而这只钟是同某一只特定的静止的钟同步的，而且对于一切的时间测定，也都是同这只特定的钟同步的。
由操作 a ）求得的长度，我们可称之为“动系中杆的长度”。根据相对性原理，它必定等于静止杆的长度 l 。
由操作 b ）求得的长度，我们可称之为“静系中（运动着的）杆的长度”。这种长度我们要根据我们的两条原理来加以确定，并且将会发现，它是不同于 l的。
通常所用的运动学心照不宣地假定了：用上远这两种操作所测得的长度彼此是完全相等的，或者换句话说，一个运动着的刚体，于时期 t ，在几何学关系上完全可以用静止在一定位置上的同一物体来代替。
也许有人认为，用“我的表的短针的位置”来代替“时间”，也许就有可能克服由于定义“时间”而带来的一切困难。事实上，如果问题只是在于为这只表所在的地点来定义一种时间，那么这样一种定义就已经足够了；但是，如果问题是要把发生在不同地点的一系列事件在时间上联系起来，或者说——其结果依然一样——要定出那些在远离这只表的地点所发生的事件的时间，那么这样的定义就不够 了。
§3、从静系到另一个相对于它作匀速移动
的坐标系的坐标和时间的变换理论
设在“静止的”空间中有两个坐标系，每一个都是由三条从一点发出并且互相垂直的刚性物质直线所组成。设想这两个坐标系的 X 轴是叠合在一起的，而它们的 Y 轴和 Z 轴则各自互相平行着。设每“一系都备有一根刚性量杆和若干只钟，而且这两根量杆和两坐标系的所有的钟彼此都是完全相同的。
那么这两只钟按照定义是同步的。
我们假定，这个同步性的定义是可以没有矛盾的，并且对于无论多少个点也都适用，于是下面两个关系是普遍有效的：
1 ．如果在 B 处的钟同在 A 处的钟同步，那么在 A 处的钟也就同B处的钟同步。
2 ．如果在 A 处的钟既同 B 处的钟，又同 C 处的钟同步的，那么， B 处同 C 处的两只钟也是相互同步的。
如果一个质点相对于这个坐标系是静止的，那么它相对于后者的位置就能够用刚性的量杆按照欧儿里得几何的方法来定出，并且能用笛卡儿坐标来表示。
如果我们要描述一个质点的运动，我们就以时间的函数来给出它的坐标值。现在我们必须记住，这样的数学描述，只有在我们十分清楚地懂得“时间”在这里指的是什么之后才有物理意义。我们应当考虑到：凡是时间在里面起作用的我们的一切判断，总是关于同时的事件的判断。比如我说，“那列火车7点钟到达这里”，这大概是说：“我的表的短针指到 7 同火车的到达是同时的事件。”
， 或者
但在静系中量度，这道光线以速度 相对于 k 的原点运动着，因此得到：
如果我们以t这个值代入关于ξ的方程中，我们就得到：
用类似的方法，考察沿着另外两条轴走的光线，我们就求得：
此处 ；
因此
和
代入x`的值，我们得到：
根据经验，我们还把下列量值
当作一个普适常数（光在空虚空间中的速度）。
要点是，我们用静止在静止坐标系中的钟来定义时间，由于它从属于静止的坐标系，我们把这样定义的时间叫做“静系时间”。
§2 关于长度和附间的相对性
下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的，这两条原理我们定义，如下。
1 ．物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竞是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。
我们现在设想空间不仅是从释系 K 用静止的量杆来量度，而几也可从动系 k 用一根同它一道运动的量杆来量，由此分别得到坐标 x ， y，z和ξ，η，ζ。再借助于放在静系中的静止的钟，用§1 中所讲的光信号方法，来测定一切安置有钟的各个点的静系时间t 。同样，对于一切安置有同动系相对静止的钟的点，它们的动系时间τ也是用§1中所讲的两点间的光信号方法来测定，而在这些点上都放着后一种[对动系静止]的钟。
a ）观察者同前面所给的量杆以及那根要量度的杆一道运动，并且直接用量杆同杆相叠合来量出杆的长度，正象要量的杆、观察者和量杆都处于静止时一样。
b ）观察者借助于一些安置在静系中的、并且根据§1作同步运行的静止的钟，在某一特定时刻 t ，求出那根要量的杆的始末两端处于静系中的哪两个点上。用那根已经使用过的在这种情况下是静止的量杆所量得的这两点之间的距离，也是一种长度，我们可以称它为“杆的长度”。
如果在空间的A点放一只钟，那么对于贴近 A 处的事件的时间，A处的一个观察者能够由找出同这些事件同时出现的时针位置来加以测定，如果．又在空间的B点放一只钟——我们还要加一句，“这是一只同放在 A 处的那只完全一样的钟。” 那么，通过在 B 处的观察者，也能够求出贴近 B 处的事件的时间。但要是没有进一步的规定，就不可能把 A 处的事件同 B 处的事件在时间上进行比较；到此为止，我们只定义了“ A 时间”和“ B 时间”，但是并没有定义对于 A 和 B 是公共的“时间”。只有当我们通过定义，把光从 A 到 B 所需要的“时间”，规定为等于它从 B 到 A 所需要的“时间”，我们才能够定义 A 和 B 的公共“时间”。设在“A 时间”tA ，从 A 发出一道光线射向 B ，它在“ B 时间”, tB 。又从 B 被反射向 A ，而在“A时间”t`A回到A处。如果
此外，我们设想，在杆的两端（A和B)，都放着一只同静系的钟同步了的钟，也就是说，这些钟在任何瞬间所报的时刻，都同它们所在地方的“静系时间”相一致；因此，这些钟也是“在静系中同步的”。