爱因斯坦所做的正确的分析和错误的结论

小时候我坐在一辆汽车上，观察车下的行人。当车还未启动时看见人们匆忙地往前行走或跑步，有的还拉着车、骑着 “洋马儿” （在我儿时，人们称 “自行车”为 “洋马儿”）……，尽管他们的速度有快有慢，但都是忙着往前赶。而一旦汽车启动后这些人毫无例外的都在往后退。当时我好奇地问坐在身边的爸爸：“怎么刚才的人都在往前走，突然一下都向后退了呢？”原来这就是运动的相对性！

我们知道，爱因斯坦的狭义相对论继承了牛顿理论中的相对性原理，认为人们对物质运动的观测，必须借助于某个参考系，因此在一般情况下，人们的观测结果，往往是与参考系的选择有关的。但相对论原理指出：如果人们选用所谓的 “惯性参考系”那么，人们的观测结果的动力学描述，就不受参考系选择的影响。牛顿的相对性原理仅仅是考虑机械运动的情况。但随着电动力学的发展，特别是关于光线在真空中是如何传递的研究引起人们怀疑相对性原理是否也适用于电动力学？爱因斯坦发现只要我们在相对性原理的基础上，加上真空中光速不变的公设，人们就可以类似于牛顿力学那样，以大家熟悉的方法得到同时性的相对性，洛伦兹变换，以及同它们有关的关于运动的刚体和时钟性状的定律。这里，不妨让我们先引用一段物理学家费恩曼在他的 《物理学讲义》中的一段叙述：

“两百多年来，牛顿所阐明的运动方程一直被认为是对自然的一种正确描述。第一次看出这些定律中存在的一个谬误，并且找到了修正它的方法是在1905年，这两件事都是爱因斯坦所提出的。”

马的拉力是使马车得到速度吗

在日常生活中，我们要使一个物体运动，就必须对它施力。例如要使一辆马车向前走，就必须套上马来 “拉”。当马一旦停止拉车，车就会停下来。马的拉力越大车就会跑得越快。因此人们自然想到，力的作用使物体产生运动速度。但牛顿通过反复试验和分析发现，力的作用，并不是使物体直接产生运动速度，力的作用是使被作用物体得到与其质量成反比的加速度，正是这个加速度将引起被作用物体速度的变化，牛顿用他的运动第二定律来表述这一特征。可用文字叙述表述如下：如果对一个物体施加某个外力F，则物体将得到一个加速度a，此加速度与物体的质量m的乘积将恰好等于外力的大小。牛顿在叙述这一定律时默认了这样一个假定，即质量m是个恒量，但是爱因斯坦认为这并不正确，他认为物体的质量要随着其速度的增加而增大。在经爱因斯坦修正后的公式中，质量所具有的数值将正比于它的 “静止质量”m0，它表示一个物体对于观测者没有相对运动时的质量，而物体的运动质量，与运动速度v和光速c的比值有关。而光速，约为3×108米/秒。这个质量的修正，当物体相对运动速度相对光速足够小时可以忽略不计，而当运动速度趋于光速时，运动质量将趋于无限大。

费曼指出：“对于那些只想学一点能够解释问题就行了的人来说，这个表述就是全部相对论了——它只是对质量引入一个修正因子来改变一下牛顿定律。”

其实，上面关于 “力”的作用随作用体和被作用体间相对运动速度的增加而变化的分析是正确的，而引入 “运动质量”的概念是错误的。因此它尽管也能解释一些物理现象，但同时给物理学进一步发展留下了隐患。