Albert Einstein

 

          物理学四大名著指的是：（1）L.D.Landau和E.M.Lifshitz的《理论物理教程》（10卷），（2）汤川秀树(H.Yukawa)主编的《岩波讲座－现代物理学基础》（12卷），（3）W.Pauli的《物理学讲义》（6卷），（4）吴大猷（Tayou Wu）的《理论物理》（7卷）。“四大名著”中关于Einstein相对论的论述如下：

◎     L.D.Landau和E.M.Lifshitz的《理论物理教程》（第二卷《场论》）

          建立在相对论基础上的引力场理论称为广义相对论。它是由Einstein提出来的（最后在1916年建立），并且在现有的物理理论中，它或许是最美丽的。突出的地方是Einstein用纯推导的方法就建立了这个理论，只是以后才被天文观测所证实。

◎     汤川秀树(H.Yukawa)主编的《岩波讲座－现代物理学基础》（第二卷《古典物理学》）

          Einstein首先根据物理定律在Lorentz变换下具有协变性的要求，完成了狭义相对论。进而根据物理定律对于代替Lorentz变换的一般坐标变换也必须写成协变形式这一更强的要求，又建立了广义相对论。

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          Einstein发现，Lorentz变换从根本上动摇了传统的时空观念。

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          狭义相对论的创始人Einstein，在完成狭义相对论之后立即着手于它的推广，是极其自然的趋势。在狭义相对论提出以后的第十年，他提出了广义相对论，并为完成它而献出了自己的晚年。这一理论曾给予许多数学家特别是专攻微分几何的人们以强烈的刺激，以致最后使它具有显著的数学形式。但是，不言而喻，Einstein所关心的不是数学上的逻辑结构本身，而是它在宇宙规模内解释清楚作为物理现象的光和引力。

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          Einstein想要“从几何学上”说明引力场的尝试强烈地刺激了当时的数学家们，使所谓微分几何获得惊人的发展。

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          作为广义相对论的第二个假定，Einstein认为这个度规张量一方面应该表示空间的几何性质，另一方面，又应当成为引力场的势。换言之，他把四维空间的几何性质同万有引力这一物理量，看来毫不相干的两个概念或量等同起来。这是物理学思维上的很大飞跃；这可同Newton将动量的时间变化与力等同起来，以及Boltzmann将宏观状态的熵和微观状态的数目等同起来的情况相匹敌，或者可以说，有过之而无不及。

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          Einstein在狭义相对论里否定了以太，认为电磁场直接存在于时间、空间之中。但是这里的时间、空间还是以Minkowski空间的形式从外面加上去的固定框架，并且还有从DesCartes，Newton以来试图把万有引力归结为超距作用的问题，未能像电磁场问题那样得到圆满解决而停滞下来。在那里还残留有在惯性系的特殊性这一形式下的运动的绝对性。Einstein在广义相对论里，至少在宏观世界范围内，一举解决了这些问题；并且与狭义相对论的情况相反，在那里采用一种崭新的观点：时间、空间自身受存在于其中的诸物体以及在其中发生的诸现象的影响而改变其几何学构造。

◎     W.Pauli的《物理学讲义》（第一卷《电动力学》）

          人们已逐渐明了，以太不具有任何原子性结构（就像人们对弹性媒质所认为的），而且运动的概念只能应用于检验电荷，而不能应用于以太本身。后一事实曾导致相对论的形成。

◎     吴大猷（Tayou Wu）的《理论物理》（第四卷《相对论》）

          广义相对论中自然包括了加速运动以及我们熟识的Newton引力理论的探讨。早在1905年，Einstein便讨论到时钟在加速度坐标系以及在Newton引力场的性质的问题；但他的广义相对论，却经过许多的研讨，到1915年才完成。这理论不仅可说是划时代的，也可说是美丽的及深奥的。在狭义相对论中，Einstein已澄清了时空度量的观念，由之导出了包含所有重要物理内涵的Lorentz变换方程式。在他的广义相对论中，Einstein更进一步地讨论物理学中四维时空簇的几何性质。直到Einstein为止，物理学及哲学都基于日常的经验，将三维空间用Euclid几何来表示，看成为一自然的、天经地义的事情。甚至在狭义相对论中的四维时空，仍是Euclid几何（正确说法应为“赝Euclid几何”）。Newton自然而然地沿用Euclid几何的空间观念；为了解释太阳系中行星的运动，乃创立了他的“万有引力理论”。Einstein则引进了一个革命性的观点，认为描述物理现象的“物理空间”，不必是Euclid空间；它的几何性质，是应由空间的物质（或能量）分布来决定的。Einstein这种想法的数学表示，是一般的非Euclid几何（Riemann几何）。至于广义的相对性原则的数学表示，则系指所有物理定律，在任意时空坐标变换下皆有协变性。这种变换性质的研究工具，即为张量微积分。

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          在狭义相对论中，相对论原理谓物理定律的数学形式，是不因惯性系空间的Lorentz变换而改变其形式的。换言之，在所有以等速作相对运动的坐标系中，物理定律均具有相同的形式。

          在广义相对论中，上述的相对论原理，是被推广到任意相对运动。

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          在狭义相对论中，我们已知时间和空间，已不再如古典物理中所定义的互相独立无关的两个概念，二者组成了一个四维空间（Minkowski世界）。。。。。。。那个空间是平直的。在一平直空间中，长度与时间距的度量，可用一有限（即非无限小的）长度的棒子或时钟来度量之。任意二惯性系间时空度量结果的关系，则是Lorentz变换。我们要注意的是，Lorentz变换，是对一有限时空间距和无限小的时空问题，同样可以成立的。

          Einstein的广义相对论的出发点，是由物理学的四维时空的性质（或可以说几何）的重新检讨，以为物理学的四维空间，和数学上的抽象的空间不同。

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          直到1905年Einstein作上述的检讨以前，Euclid空间一直被认为是描述物理定律的无可置疑的空间。Einstein是第一个指出：没有任何理由认为物理空间（即适合描述物理定律的空间）天经地义地必须是一种抽象空间；反之，物理空间应该是和物质有关的，而抽象的空间如Euclid的则否。这是Einstein的“引力”论的基本点。因为引用了Euclid空间，我们才必须作Newton的万有引力的假定来叙述行星的运动。但如我们适当地选择一个Riemann空间，则行星的运动将是在这空间中的“自由”运动（短程线）。

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          故从Einstein理论的观点，Newton力学中所讨论的“一质点在Euclid空间中的一引力场运动”的问题，乃代以“Riemann空间中一自由质点的运动”的问题。