爱因斯坦推翻牛顿力学

有很长一段时间，“奥林匹亚学院”讨论的焦点是牛顿的绝对时间与绝对空间。事实上，当时已经有人对牛顿的绝对时间概念进行了勇敢的批判，但没有将牛顿批倒。

要批倒牛顿，实在不是一件容易的事情，因为牛顿力学理论在解决宏观的和低速的运动现象中取得了无比辉煌的成就。他的《自然哲学之数学原理》从17世纪末它的诞生之日开始，就一直被奉为物理学的“圣经”，而且，用他的理论准确地预测了哈雷彗星的回归和第八大行星——海王星的发现。

现在，年轻的爱因斯坦也开始向被奉为权威的牛顿经典物理学挑战了。牛顿说空间和时间与外界事物无关，绝对时间和绝对空间是上帝创造的，是本来就有的。那么，按照牛顿的说法，我们可以用一把足够长的尺子来测量出地球表面某一事件发生的准确地点，因为牛顿说空间是绝对的。

但是，爱因斯坦想到了生活中的一个普遍现象：一个人坐在一辆行驶着的汽车上，他手里捧着一本书正在翻看，当他翻开一页，浏览了一下书的内容接着又翻了下一页。从这个阅读者的角度来看，可以认为他两次翻书的动作完成于同一个位置——他的座位上，而对于车下的一个观察者而言，他会看到，阅读者在翻动了第一页书之后，汽车行进了几米，他才翻动了第二页书。毫无疑问，观察者认为，阅读者的两次翻书动作发生在不同的位置，它们相距数米。

基于这样的疑问，爱因斯坦认为并不存在“绝对”空间，任何对于空间位置的描述都应将观察者包括在内。

爱因斯坦认为时间是相对的。比如在一辆汽车的两头，有两名乘客同时扎破了两个气球，于是车厢里发出一声气球炸破的响声，车上的乘客也的确认为两只气球是同时爆响的。但对于车下的人来说，他听到的却是一前一后两声响，这是事实，因为车在运动。因此，我们对“同时”就很难测定。设想当汽车的行进速度达到光速时，这种时间的相对性就表现得异常明显。

爱因斯坦在阿劳中学时，就思考过一些问题：“如果人以光速前进，他将看到什么景象？光是相对静止的粒子还是相对静止的波？”事实上，这是同狭义相对论有关的一个理想实验。

1905年6月，爱因斯坦将他革命性的伟大思想凝结于《论运动媒质的电动力学》的论文中，在这篇论文中他提出了狭义相对论。此后，他又连续发表了几篇论文，建立起了狭义相对论的全部框架。相对论的创立，使科学的新框架被搭建起来了，它无情地破坏了牛顿经典物理学的基础，因为牛顿经典物理学的基础是建立在绝对运动和绝对时间的概念之上的。

对于大多数人来说，狭义相对论是一种难懂的理论和想法，它预见了当物体的运动速度接近光速时将发生的现象：即时间变慢和物体变小（即钟慢、尺缩）。这些预见在实验中已得到了证实。

自狭义相对论的诞生之日起，牛顿定律就开始成了一个有限定律，它仅研究那些速度远远小于光速的物体的运动。

爱因斯坦在1905年创立的相对论适用于特定的条件，在惯性系中，并且在不存在引力的情况下，因此被称为狭义相对论。

在伯尔尼，爱因斯坦研究了光速和以太的问题，他终于得出了结论：不存在以太，光速是不变的。

爱因斯坦认为，不论观察者的运动速度和位置如何，光速在真空中是不变的，是常量，即两个运动方向相反、时速为光速的火车，其相对速度仍为光速；两个以光速同向运动的物体，其相对速度亦为光速。

光速不变原理是相对论的基石之一，爱因斯坦关于光速不变的论断被称为爱因斯坦光速不变原理。爱因斯坦由此断言：因为光线的速率不变，所以，物体在接近光速时长度会变短，时间也会变慢。

美国物理学家迈克尔逊和莫雷的实验也表明不存在以太，光速是恒定不变的，而且光速是物质运动和传播的最大速度。

光是什么？这是一个从牛顿时代起就一直争论的问题。牛顿认为光照射在镜面上会反光，那么光是粒子或粒子流。但牛顿的微粒说无法解释两束光交叉时为何不会碰撞的问题。

几乎和牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯则认为光是一种波。此后，光的微粒说和波动说争论了有100多年。起初，由于牛顿崇高的威望，微粒说占上风。直到1801年，美国人托马斯·杨的实验，才使波动说占了上风。爱因斯坦认为光具有波、粒两种特性，其本性有时表现为粒子，有时表现为波。

爱因斯坦对于光的认识反映在他1905年的论文《有关光的产生和转化的一个试探性观点》中。这篇论文主要解释了光电效应，爱因斯坦也因此而获得1921年诺贝尔物理学奖。

1916年，爱因斯坦发表的《关于辐射的量子理论》，又提出了能态之间跃近的新认识，它导致了激光的问世。激光是20世纪人类最伟大的发明之一，现在已在成千上万个领域获得应用，将来它的用途会更加广泛。