廣義相對論的建立：
1905年，愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于狹義相對論的第一篇文章后（即《論動體的電動力學(xué)》），并沒有立即引起很大的反響。但是德國物理學(xué)的權(quán)威人士普朗克注意到了他的文章，認(rèn)為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推動，相對論很快成為人們研究和討論的課題，愛因斯坦也受到了學(xué)術(shù)界的注意。
1907年，愛因斯坦聽從友人的建議，提交了那篇著名的論文申請聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)的編外講師職位，但得到的答復(fù)是論文無法理解。雖然在德國物理學(xué)界愛因斯坦已經(jīng)很有名氣，但在瑞士，他卻得不到一個大學(xué)的教職，許多有名望的人開始為他鳴不平，1908年，愛因斯坦終于得到了編外講師的職位，并在第二年當(dāng)上了副教授。1912年，愛因斯坦當(dāng)上了教授，1913年，應(yīng)普朗克之邀擔(dān)任新成立的威廉皇帝物理研究所所長和柏林大學(xué)教授。
在此期間，愛因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對論推廣，對于他來說，有兩個問題使他不安。第一個是引力問題，狹義相對論對于力學(xué)、熱力學(xué)和電動力學(xué)的物理規(guī)律是正確的，但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的，兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無窮大的速度傳遞，這與相對論依據(jù)的場的觀點(diǎn)和極限的光速沖突。第二個是非慣性系問題，狹義相對論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣，都只適用于慣性系。但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系。從邏輯上說，一切自然規(guī)律不應(yīng)該局限于慣性系，必須考慮非慣性系。
狹義相對論很難解釋所謂的雙生子佯謬，該佯謬說的是，有一對孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據(jù)相對論效應(yīng)，高速運(yùn)動的時(shí)鐘變慢，等哥哥回來，弟弟已經(jīng)變得很老了，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)經(jīng)歷了幾十年。而按照相對性原理，飛船相對于地球高速運(yùn)動，地球相對于飛船也高速運(yùn)動，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了。這個問題簡直沒法回答。實(shí)際上，狹義相對論只處理勻速直線運(yùn)動，而哥哥要回來必須經(jīng)過一個變速運(yùn)動過程，這是相對論無法處理的。正在人們忙于理解相對狹義相對論時(shí)，愛因斯坦正在繼續(xù)完成廣義相對論。
1907年，愛因斯坦撰寫了關(guān)于狹義相對論的長篇文章《關(guān)于相對性原理和由此得出的結(jié)論》，在這篇文章中愛因斯坦第一次提到了等效原理，此后，愛因斯坦關(guān)于等效原理的思想又不斷發(fā)展。他以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量成正比的自然規(guī)律作為等效原理的根據(jù)，提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運(yùn)動的參照系。愛因斯坦并且提出了封閉箱的說法：在一封閉箱中的觀察者，不管用什么方法也無法確定他究竟是靜止于一個引力場中，還是處在沒有引力場卻在作加速運(yùn)動的空間中，這是解釋等效原理最常用的說法，而慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是等效原理一個自然的推論。
1915年11月，愛因斯坦先后向普魯士科學(xué)院提交了四篇論文，在這四篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動，并給出了正確的引力場方程。至此，廣義相對論的基本問題都解決了，廣義相對論誕生了。1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對論稱為狹義相對論，將只對于慣性系物理規(guī)律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理，并進(jìn)一步表述了廣義相對性原理：物理學(xué)的定律必須對于無論哪種方式運(yùn)動著的參照系都成立。
愛因斯坦的廣義相對論認(rèn)為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會發(fā)生彎曲，而引力場實(shí)際上是一個彎曲的時(shí)空。愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動中一直無法解釋的43秒。廣義相對論的第二大預(yù)言是引力紅移，即在強(qiáng)引力場中光譜向紅端移動，20年代，天文學(xué)家在天文觀測中證實(shí)了這一點(diǎn)。廣義相對論的第三大預(yù)言是引力場使光線偏轉(zhuǎn)，最靠近地球的大引力場是太陽引力場，愛因斯坦預(yù)言，遙遠(yuǎn)的星光如果掠過太陽表面將會發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。1919年，在英國天文學(xué)家愛丁頓的鼓動下，英國派出了兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴兩地觀察日全食，經(jīng)過認(rèn)真的研究得出最后的結(jié)論是：星光在太陽附近的確發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。英國皇家學(xué)會和皇家天文學(xué)會正式宣讀了觀測報(bào)告，確認(rèn)廣義相對論的結(jié)論是正確的。會上，著名物理學(xué)家、皇家學(xué)會會長湯姆孫說：“這是自從牛頓時(shí)代以來所取得的關(guān)于萬有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一”。愛因斯坦成了新聞人物，他在1916年寫了一本通俗介紹相對論的書《狹義與廣義相對論淺說》，到1922年已經(jīng)再版了40次，還被譯成了十幾種文字，廣為流傳。
相對論的意義：
狹義相對論和廣義相對論建立以來，已經(jīng)過去了很長時(shí)間，它經(jīng)受住了實(shí)踐和歷史的考驗(yàn)，是人們普遍承認(rèn)的真理。相對論對于現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展和現(xiàn)代人類思想的發(fā)展都有巨大的影響。相對論從邏輯思想上統(tǒng)一了經(jīng)典物理學(xué)，使經(jīng)典物理學(xué)成為一個完美的科學(xué)體系。狹義相對論在狹義相對性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋電動力學(xué)兩個體系，指出它們都服從狹義相對性原理，都是對洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學(xué)只不過是物體在低速運(yùn)動下很好的近似規(guī)律。廣義相對論又在廣義協(xié)變的基礎(chǔ)上，通過等效原理，建立了局域慣性長與普遍參照系數(shù)之間的關(guān)系，得到了所有物理規(guī)律的廣義協(xié)變形式，并建立了廣義協(xié)變的引力理論，而牛頓引力理論只是它的一級近似。這就從根本上解決了以前物理學(xué)只限于慣性系的問題，從邏輯上得到了合理的安排。相對論嚴(yán)格地考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時(shí)空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。
狹義相對論給出了物體在高速運(yùn)動下的運(yùn)動規(guī)律，并提示了質(zhì)量與能量相當(dāng)，給出了質(zhì)能關(guān)系式。這兩項(xiàng)成果對低速運(yùn)動的宏觀物體并不明顯，但在研究微觀粒子時(shí)卻顯示了極端的重要性。因?yàn)槲⒂^粒子的運(yùn)動速度一般都比較快，有的接近甚至達(dá)到光速，所以粒子的物理學(xué)離不開相對論。質(zhì)能關(guān)系式不僅為量子理論的建立和發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件，而且為原子核物理學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用提供了根據(jù)。
對于愛因斯坦引入的這些全新的概念，當(dāng)時(shí)地球上大部分物理學(xué)家，其中包括相對論變換關(guān)系的奠基人洛侖茲，都覺得難以接受。甚至有人說“當(dāng)時(shí)全世界只有兩個半人懂相對論”。舊的思想方法的障礙，使這一新的物理理論直到一代人之后才為廣大物理學(xué)家所熟悉，就連瑞典皇家科學(xué)院，1922年把諾貝爾物理學(xué)獎授予愛因斯坦時(shí)，也只是說“由于他對理論物理學(xué)的貢獻(xiàn)，更由于他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)的定律?！睂垡蛩固沟闹Z貝爾物理學(xué)獎頒獎辭中竟然對于愛因斯坦的相對論只字未提。（注：相對論沒有獲諾貝爾獎，一個重要原因就是還缺乏大量事實(shí)驗(yàn)證。）
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