M0是靜止質量，稱為靜止質量。任何物體的速度都不能超過光速C. ⑤物體的質量m和能量E滿足質能關系E=mc2。上述結論與目前的實驗事實相符，但只有在高速運動時效果才顯著。壹般情況下，相對論效應是極小的，所以經典力學可以認為是低速相對論力學的近似。1916年，廣義相對論成立。它的基本原理是:(1)廣義相對論原理，即自然規律在任何參考系中都可以用相同的數學形式表示。(2)等效原理，即小體積範圍內的引力與加速系統中的慣性力相互等效。根據上述原理，引力是由於物質的存在和壹定的分布，使得時空質量不均勻而產生的(所謂時空彎曲)；引力場理論成立。狹義相對論是廣義相對論在引力場較弱時的特例。從廣義相對論中可以得出壹些重要結論，如水星近日點歲差定律；光在引力場中彎曲；強引力場中的時鐘變慢(或者引力場中的譜線向紅端移動)。這些結論與後來的觀察結果基本壹致。近年來，通過測量雷達波在太陽引力場中來回傳播的時間延遲，廣義相對論的結論得到了更高精度的證實。相對論具有重大的歷史意義，但還有許多問題有待研究。
相對論簡史
史蒂文？霍金[美國學者]翟虹影張蘭譯
19世紀晚期，科學家們認為他們對宇宙的完整描述即將結束。他們想象空間中充滿了壹種叫做“以太”的連續介質。就像空氣中的聲波壹樣，光和電磁信號是“以太”中的波。
然而，與空間完全被“以太”充滿的想法相反的結果很快出現了:根據“以太”理論，光的傳播速度相對於“以太”應該是壹個恒定值，所以如果妳與光傳播方向壹致，妳測得的光速應該低於妳在靜止狀態下測得的光速；相反，如果妳的行進方向與光的傳播方向相反，那麽妳測得的光速應該會高於妳在靜止狀態下測得的光速。然而，壹系列實驗沒有發現光速差異的證據。
在這些實驗中，Ahlport？邁克爾遜和艾迪·沃德？默裏在美國俄亥俄州克利夫蘭的凱斯研究所(Case Institute)於1887所做的測量是最精確和詳細的。他們比較了兩束直角光束的傳播速度。因為繞轉軸自轉和繞太陽公轉，根據推理，地球應該是穿越“以太”的，所以直角的兩束光，由於地球的運動，應該是以不同的速度測量的。默裏發現，無論是白天和黑夜，還是冬天和夏天，都不會造成這兩束光的速度差異。無論妳是否運動，光似乎總是以相對於妳相同的速度傳播。
愛爾蘭物理學家喬治？菲茨傑拉德和荷蘭物理學家亨·卓克？洛倫茲第壹個認為相對於“以太”運動的物體的大小會在運動方向上收縮，而相對於“以太”運動的時鐘會變慢。至於“以太”，當時菲茨傑拉德和洛倫茨認為它是壹種真實的物質。
當時，壹個名叫阿爾波特的人在瑞士首都伯爾尼的瑞士專利局工作。愛因斯坦的年輕人介入“以太”理論，壹勞永逸地解決了光的傳播速度問題。
愛因斯坦在1905的文章中指出，因為妳無法檢測到自己是否相對於“以太”在運動，所以整個“以太”的概念都是多余的。相反，愛因斯坦認為，對於所有自由活動的觀察者來說，科學定律應該具有相同的形式。無論觀測者如何運動，都應該測到相同的光速。
愛因斯坦的想法要求人們放棄所有時鐘測量時間的普遍概念。由此，每個人都有自己的時間價值:如果兩個人相對靜止，那麽他們的時間是壹樣的；如果他們之間有相互運動，那麽他們觀察的時間是不同的。
大量實驗證明愛因斯坦的想法是正確的。壹個繞地球旋轉的精確時鐘，在時間指示上，確實和實驗室裏存放的精確時鐘不壹樣。如果想延長壽命，可以坐飛機向東飛，這樣可以疊加地球自轉的速度。反正可以獲得零點幾秒的壽命延長，也可以彌補吃航空食品帶來的傷害。
愛因斯坦的前提是自然法則對所有自由運動的觀察者都是壹樣的，這是相對論的基礎。原因是這個前提意味著只有相對運動才是重要的。雖然相對論的完善和簡潔說服了很多科學家和哲學家，但仍然有很多反對的意見。愛因斯坦在19世紀拋棄了自然科學的兩個絕對概念:由“以太”暗示的絕對靜止和由所有時鐘測量的絕對或宇宙時間。人們不禁要問:相對論是否意味著壹切都是相對的，不會再有概念上的絕對標準？
這種焦慮從20世紀20年代持續到30年代。1921年，愛因斯坦因對光電效應的貢獻獲得諾貝爾物理學獎。但由於相對論的復雜性和爭議性，諾貝爾獎的頒發沒有提及相對論。
直到現在，我仍然每周收到兩三封信，告訴我愛因斯坦錯了。盡管如此，相對論現在已經被科學界完全接受，它的預言已經被無數的實驗所證實。
相對論的壹個重要結果就是質量和能量的關系。愛因斯坦假設所有觀察者的光速都是壹樣的，這意味著沒有什麽能比光速更快。如果不斷給粒子或飛船提供能量，會發生什麽？被加速物體的質量會增加，很難再加速了。把壹個粒子加速到光速是不可能的，因為它需要無限的能量。質量和能量的等效關系是愛因斯坦在他著名的質能方程“E = mc2”中總結出來的，這也許是唯壹壹個能被大街上的女人和孩子知道的物理方程。
當鈾核分裂成兩個小核時，由於微小的質量缺陷，會釋放出巨大的能量。這是質能方程的眾多結論之壹。1939，二戰陰雲密布，壹群實現裂變反應應用的科學家說服愛因斯坦克服了自己作為和平主義者的顧忌，把它交給了當時的美國總統富蘭克林？德拉諾？羅斯福寫了壹封信，說服美國開始核研究計劃，這導致了曼哈頓計劃和1945廣島上空原子彈的爆炸。有人因為原子彈而責怪愛因斯坦發現了質量和能量的關系，但這種責怪就像因為飛機失事而責怪牛頓發現了萬有引力壹樣。愛因斯坦沒有參與曼哈頓計劃的任何過程，他被巨大的爆炸嚇壞了。
雖然相對論與電磁理論的相關定律完美結合，但與牛頓的萬有引力定律不相容。牛頓的引力理論表明，如果妳改變物質在空間中的分布，整個宇宙的引力場同時發生變化，這不僅意味著妳可以發送比光速傳播得更快的信號(這是相對論所不允許的)，還需要壹個絕對的或普遍的時間概念，而這是相對論所拋棄的。
愛因斯坦從1907開始就知道這個不相容的困難，當時他還在波恩的專利局工作，但他直到1911才深入思考這個問題，當時愛因斯坦正在德國布拉格工作。愛因斯坦意識到加速度和重力場之間的密切關系。壹個人在壹個密封的隔間裏無法分辨他自己在地板上的壓力是因為他處於地球的重力場中，還是因為他在無重力的空間裏被火箭加速了。這壹切都發生在《星際迷航》的時代之前。愛因斯坦認為人們是在電梯裏，而不是在宇宙飛船裏。但是我們知道，如果妳不想讓電梯發生碰撞，妳就不能在電梯裏長時間自由加速或者自由下落。)如果地球是完全平的，人們可以說，蘋果因為萬有引力落在牛頓頭上，相當於牛頓因為牛頓和地球表面加速，所以牛頓的頭撞到了蘋果。但是，在地球是圓的前提下，加速度和引力的這種等價關系不再成立，因為地球對面的人會受到相反方向的加速度，但兩邊觀察者的距離不變。
1912年，當他轉回瑞士蘇黎世時，愛因斯坦受到了啟發。他意識到，如果在實幾何中引入壹些調整，重力和加速度之間的等價關系就可以成立。愛因斯坦設想，如果三維空間加上第四維時間形成的時空實體是彎曲的，會是什麽結果？他的想法是質量和能量會彎曲時空，可能在某些方面已經被證明了。像行星和蘋果壹樣，物體傾向於直線運動，但它們的軌跡似乎被重力彎曲了，因為時空被重力彎曲了。
在他的朋友馬歇爾之後？在格洛斯曼的幫助下，愛因斯坦學會了彎曲空間和曲面的理論，這些抽象的理論，在伯恩哈德？黎曼在開發它們的時候，從來沒有想到它們會和現實世界有關聯。1913年，在愛因斯坦和格魯斯曼聯合發表的壹篇文章中，他們提出了壹個觀點，即我們所知道的引力只是時空是彎曲的這壹事實的壹種表達。但由於愛因斯坦的失誤(愛因斯坦是真人，他也會犯錯)，他們未能找出時空彎曲的曲率與其中包含的能量質量之間的關系方程。
當他在柏林時，愛因斯坦繼續研究這個問題。他沒有家庭糾紛，基本上沒有受到戰爭的影響。1915438+01年6月，愛因斯坦終於發現了時空彎曲與其中所含能量質量的關系方程。1915年夏天，愛因斯坦在哥廷根大學訪問期間，與數學家大衛？希爾伯特討論了他的想法，希爾伯特在愛因斯坦之前幾天發現了同樣的方程。然而，正如希爾伯特所承認的，這個新理論的榮譽屬於愛因斯坦，他將引力與彎曲的時空聯系起來。我們還應該感謝文明的德國，因為正是有了它，在當時的戰爭期間，這樣的科學討論和交流仍然可以不受影響地進行，這與20年後發生的事情(指二戰，編者註)形成了極大的反差！
新的彎曲時空理論被稱為“廣義相對論”，以區別於不包含引力的原始理論，而那個理論被改名為“狹義相對論”。1919年，“廣義相對論”以壹種壯觀的形式得到了證明:當時壹支前往西非的英國科學考察隊觀測到了日食時天空中壹顆靠近太陽的恒星的微小運動。正如愛因斯坦預言的那樣，恒星發出的光在經過太陽附近時，會被太陽引力彎曲。這是證明時空曲率的直接證據。自公元前300年歐幾裏得完成他的《原本》以來，這是人類感知自己在宇宙中存在的最大革命性更新。
愛因斯坦的“廣義相對論”把“時空”從壹個被動的事件背景變成了壹個動態宇宙的主動參與者，導致科學前沿出現了很大的困難，這個問題在20世紀末仍然沒有解決。宇宙中充滿了物質，這又導致了時空的彎曲，使物體聚集在壹起。在用“廣義相對論”解釋靜態宇宙時，愛因斯坦發現他的方程無解。為了讓他的方程適應靜態的宇宙，愛因斯坦增加了壹個叫做“宇宙常數”的項，它再次彎曲時空，以分離所有物體。宇宙常數引入的排斥效應將平衡物體的相互吸引，並允許宇宙的長期平衡。
事實上，這已經成為理論物理史上人類失去的最大機會之壹。如果愛因斯坦繼續朝著這個方向努力，而不是靈活地引入“宇宙常數”，他也許能夠預測宇宙是膨脹還是收縮。然而，直到20世紀20年代，威爾遜山上的100英寸望遠鏡觀測到離我們更遠的星系正以更快的速度遠離我們時，才開始認真考慮宇宙隨時間變化的可能性。換句話說，隨著時間的推移，宇宙正在膨脹，任何兩個星系之間的距離都在穩步增加。愛因斯坦後來稱“宇宙常數”這個命題是他壹生中最嚴重的錯誤。
“廣義相對論”徹底改變了人們對宇宙起源和歸宿的討論方向。靜態宇宙可能永遠存在，也可能在過去的某個時候，這個靜態宇宙產生的時候，就已經是現在的形態了。另壹方面，如果星系現在正在相互遠離，那麽它們在過去應該是相互靠近的。約6543.8+05億年前，它們甚至可能相互接觸，相互重疊，其密度可能是無限的。根據廣義相對論，大爆炸標誌著宇宙的起源和時間的開始。從這個意義上說，愛因斯坦不僅是過去100年中最偉大的人物，更值得人們在更長的時間裏尊敬。
在黑洞中，空間和時間是如此彎曲，以至於黑洞吸收了所有的光，沒有光可以逃逸。“廣義相對論”因此預言時間應該終結於黑洞。然而，廣義相對論的方程並不適用於時間開始和結束這兩種極端情況。所以這個理論不能揭示大爆炸發生了什麽。有人認為這是上帝萬能的象征，上帝可以按照自己想要的方式創造宇宙。
但是其他人(包括我自己)認為宇宙的起源應該服從壹個在任何時候都成立的普遍原則。我們已經在這個方向上取得了壹些進展，但我們仍然遠遠沒有完全了解宇宙的起源。廣義相對論之所以不能適用於大爆炸，是因為它與20世紀初的另壹個偉大的概念突破——量子理論不兼容。量子理論最早提出於1900年，當Max？普朗克發現，紅熱物體發出的輻射可以解釋為特定大小的能量單位發出的光，普朗克稱之為量子。比如輻射就像壹袋袋白糖。在超市裏，妳不能想買多少就買多少。只能買壹斤的套餐。愛因斯坦在1905年寫的壹篇論文中，普朗克的量子假說可能解釋了光電效應，即某些金屬在接受光線時會釋放電子。這種效應是現代光探測器和電視攝影應用的基礎，愛因斯坦因此獲得了1921的諾貝爾獎。
愛因斯坦研究量子思想壹直到20世紀20年代，當時華納在哥本哈根？劍橋的保羅·海森堡？蘇黎世的狄拉克和埃文？薛定諤提出了量子機制，從而展現了現實的新圖景。根據他們的理論，小粒子不再有壹定的位置和速度。相反，小粒子的位置越精確，其速度測量就越不精確。反之亦然。
愛因斯坦對這個基本定律中的任意性和不可預測性感到困惑，他最終未能接受量子機制。他的著名格言“上帝不擲骰子”表達了這種感覺。盡管如此，大多數科學家已經接受了量子機制的新定律，承認了它們的適用性，因為這些定律不僅與實驗結果吻合得很好，而且可以解釋許多以前無法解釋的現象。這些定律成為當代化學、分子生物學和電子學發展的基礎，也是半個世紀以來改變整個世界的科技基石。
1933年，納粹統治德國，愛因斯坦離開了這個國家，放棄了德國國籍。他在新澤西州普林斯頓的高等科學研究所度過了生命的最後22年。納粹發起了反對“猶太科學”和猶太科學家的運動(驅逐猶太科學家是德國造不出原子彈的原因之壹)，愛因斯坦和他的相對論是這場運動的主要目標。當被告知出版了壹本名為《100科學家反對愛因斯坦》的書時，愛因斯坦回答，為什麽是100？壹個就足以證明我錯了，如果我真的錯了。
第二次世界大戰後，他敦促盟國建立壹個全球性的組織來控制核武器。1952年，他被新成立的以色列授予總統職位，但他拒絕了。“政治是暫時的，”他寫道，“方程式是永恒的。”廣義相對論的方程是他最好的墓誌銘和豐碑。和宇宙壹起，它們永遠不會衰變。
在過去的100年裏，世界經歷了前所未有的變化。原因不在於政治或經濟，而在於科學技術——直接來源於先進的基礎科學研究的科學技術。沒有壹個科學家能比愛因斯坦更能代表這門科學的先進性。