爱因斯坦时间观

直到今天，人们仍然坚持这样的观点：时间的性质是一维的长度，时间的单位应该用“小时”或“秒”来表示，事实真是如此吗？在这里我先大胆地提出几点疑问：如果时间真是一维的长度，它为什么不能用标准尺来衡量却要用标准钟才能计算？既然时间是长度，它为什么不能用长度单位米来表示而非要用“小时”和“秒”来表示？“小时”和“秒”也是长度单位吗？如果是长度单位它们与米是什么关系？两者能换算吗？反之,如果不是长度单位干吗要用它们来表示时间长度？相信这些问题是没有人提出过的，也是极难回答的，至少不能说它们是幼稚的问题，回答不上来的问题一定不是幼稚的。
可以肯定地说，我们今天使用的时间概念是含混不清的，其中存在着许多明显的矛盾，应该说这完全是我们理论自身的矛盾，与时间本身无关。
有史以来，由于人们对于时间概念的错误理解，必然导致今天一切有关的物理学理论都不能算做正确的科学理论，虽然现有的这些物理学理论也能在一定程度上解释宇宙的局部，似乎解释的也很正确，但终归不可能建立起一个完整的、大统一的宇宙科学理论，纠其原因就在于我们并不真正了解“时间”。
事实上宇宙是极其简单的，因此解释宇宙的科学理论也必然是极其简单的而不是相反，它大大地超乎了我们所有人的想象。如果你把宇宙想象的越复杂、越神秘，你就越无法把握宇宙；假如你把宇宙想象的很简单，你就会惊奇的发现，宇宙原来是透明的，除了量和量的分布以外什么也没有，那时你会瞠目结舌。
破解宇宙之迷的前提在于破解时间之迷，破解时间之迷的前提在于破除传统的“时间观念”，它既是一层窗户纸，也是一道铜墙铁壁，如果你具备了超越爱因斯坦的想象力，这层窗户纸将一捅即破，你相信吗？现在就让我们来破解时间之迷。
在真实的宇宙中，时间的形象并不是我们想象的那样是“一维的长度”，而应该是“三维的体积”。时间的单位既不能用“秒”来表示也不能用“米”来表示，而应该用“立方米”表示。人们通常所说的“小时”和“秒”以及“天”和“年”并不代表时间单位而只代表“角度”单位。在真实的宇宙中，时间的真正形象并不是角度，而是存在于角度中的“角体积”。现在我们就来专门讨论这个问题，首先从时钟谈起：
我们知道，不同时钟上的表盘面积大小各不相同，但所有时钟表盘面积中存在的角度却完全相等，都是三百六十度。当时针在盘面上转动了一周时，我们说时针走过了十二小时的时间，同时也可以说时针转动了三百六十度角，这说明表盘上的十二小时单位正好等于三百六十度角，而表盘上的一小时单位也正好等于三十度角。由此看来，小时的概念并非长度单位，而实际上代表着角度单位，小时和角度两者之间是可以换算的。换句话说，所谓一小时实际上就是表盘上三十度角的代名词；反之，表盘上三十度角也正好相当于一小时。
一定有人会问：既然你说“小时”不是时间单位而只能做为角度单位，那么我们通常所说的一小时时间又是什么意思呢？我们仍以时钟为例进行说明。
在表盘上，如果时针转动了三十度角我们就会说时针走过了一小时时间，这就好比表盘上的一条半径扫过了三十度夹角中的角面积；如果时针转动了三百六十度角，就等于这条半径扫过了表盘周角中的圆面积。我们说：无论是三十度夹角中的角面积还是三百六十度周角中的圆面积就是体现在“时钟”里的时间，换句话说：在“时钟”里，时间的形象直观地体现为面积单位，所谓“一小时时间”就是表盘上三十度夹角中的角面积，“十二小时时间”就是表盘上周角中的圆面积。
现在我们知道了，在“时钟”里小时的概念原来是指角度单位，而所谓的时间不过是体现在角度中的面积，因此，我们再也不应该说：时间有多长？而只能问：时间有多大？时间的单位既不能用秒来表示，也不应该用米表示，最多只能用平方米表示。
说到这里你感觉吃惊吗？请不要急于反驳我。一切时钟上的表盘面积和刻度都是不动的，它代表着静止的时间，一切时钟上的表针都是运动的，它们代表着运动的物体，这说明物体只能在静止的时间中走动。当某个时钟上的表针停止转动时，我们不能说时钟里的“时间”停止了，因为代表时间面积的表盘和刻度本来就是不动的，我们只能说运动的表针在时间中停止了。这个意思是说——时间本身是从来不动的，时间是静止的。
在“时钟”里，时针就象运动的物体，只能在时间面积中通过，时间是物体运动扫过的面积而不是走过的距离长度，在所有的表盘上都不能体现出时间线段的长短，而只能体现出时间面积的大小。一定有人不同意这种看法，认为如果把表盘上的时针看成是由无数个质点组成的半径，这样每一个质点掠过的弧线就是一条时间线段，它就可以用长度单位米来表示，时间还会体现为长度。我们承认，所有面积最终都是由线段叠加而成的，但是任何线段即使再细也会具有一定的宽度，从本质上讲仍然可以被看成是一个面积单位。同理，在表盘上移动的质点即使再小也应该被视为一段半径，它在转动中所留下的痕迹必然是由长度和宽度构成的面积，所以我们说：在表盘上时间的形象只能体现为面积，而不是长度。单一的长度单位不能唯一地确定面积的大小。
通过以上的分析肯定会给人一种错觉，似乎时间真的就是面积单位，其实这种理解也是不对的。事实上,我们在前面所说的“时间”不过都是时钟里的时间而非真正意义上的时间。真正意义上的时间既不是长度单位，也不是面积单位，而只能是体积单位。
我们知道，所有时钟最早都是根据地球的自转原理而设定的，地球才是真正的标准钟。一切时钟都应该被看成是地球钟的投影，时间在这个投影平面上只能表现出面积的特征，而在地球钟里，时间的真正形象必然体现为体积。
地球自转一周同样等于走过三百六十度角，但地球转动一周并不等于走过了十二小时单位，而是被规定为二十四小时单位，这样地球钟上的一小时单位就应该等于球体中的十五度夹角。这就是说：在地球钟里，一小时就是十五度夹角的代名词。与时钟不同，地球钟上的一小时单位里的“时间”并不是两条半径夹角之间的角面积，而是垂直于地轴上的两扇半圆面积夹角之间的角体积，这就象我们把一个西瓜均匀地切割成二十四块，每一块西瓜的形状就类似于一小时单位中角体积的形状。如果把二十四块角体积看成是一个整体，它就是地球钟周角中存在的球体积，这个球体积就是地球钟自转运动所占据的时间体积，它的大小可根据地球半径长度和球体积公式求出。地球自转运动所占据的时间体积与地球质量所占据的空间体积重合、相等。在这里“时间与空间”终于统一了，它们统一于三维体积。
在地球钟里，时间的形象既不是质点掠过的弧线距离，也不是旋转半径扫过的面积，而是旋转平面扫过的体积。时间的单位既不能用米来表示，也不能用平方米来表示，而只能用立方米来表示。
曾经有人形象地把时间比喻成时间管道或时间隧道，这简直是天才的比喻，既然是隧道就必然要用体积来表示，不过任何时间管道都不可能是直管，而是一个封闭的曲管。这是由于一切物体的运动都是在一定的范围内旋转，就象时针和地球钟那样在角度中进行一样，无论是一个原子、太阳系还是整个宇宙。
在太阳系中，地球的公转轨道就是一个典型的时间管道，当然，这个时间管道的样子是在我们的思维中想象出来的，它是地球围绕太阳公转一圈所扫过的体积，该体积的大小等于地球的最大切面与管道的平均周长的乘积。在太阳系中，所有行星都在自己的时间管道中围绕太阳中心旋转，由于不同行星的管道的截面积大小和平均周长各不相同，因此，我们说每个行星运动所实际占据的时间体积大小不同，并且它们都不处在同一个时间体积中。所有行星公转一周都叫做走过了一年的时间或三百六十度，这说明一年的单位实际上代表太阳系中的三百六十度角，在地球年中存在的时间管道体积与木星年中的时间管道体积肯定是不同的，应该说木星旋转运动所占据的“年角度”中的时间体积明显地比地球运动所占据的“年角度”中的时间体积要大，这好比说木星质量占据的空间体积要比地球质量所占据的空间体积要大一样，并且它们同样也不处在同一个空间体积中。
在地球钟上，一切物体都可以被看成是在自己的时间管道中象时针一样围绕着地轴旋转，任何单个物体或质点的时间管道截面与管道周长的乘积就是该物体旋转运动所占据的时间体积。地球上所有物体或质点的时间管道体积累计的总和构成了地球整体自转运动所占据的总时间体积，这个时间体积的形状也是一个典型的以地轴为中心的时间管道。地球是一个球体的时钟，也是普通时钟的原型。地球上每一个单个物体的运动都不处在同一个时间管道体积中，或者说不具有同时性，但它们又都同处在一个更大的时间管道体积中，这就是地球的总时间管道体积，它的大小与地球质量所占据的空间体积大小相等、重合。
就宇宙整体而言，它是一个最大的标准钟，在宇宙钟里存在着各种不同层次、大小不等的时钟，包括银河系钟、太阳系钟，地球钟和原子钟、光子钟等。宇宙中一切物体的运动就象永不停止的表针一样确定着自已在时间体积中的位置和坐标，我们今天所感觉到的所谓时间的快慢，实际上并不是时间本身的快慢而是地球自转和公转运动的快慢，它与地球的动量和速度直接有关。要想知道最后的答案，我们必须按顺序讨论。
宇宙中一切物体的运动都是在“时间体积中”进行的而非随时间运动；一般说运动的总是物体，而不动的总是时间，运动与时间不可分。时间的本质是三维的体积，时间量的单位用立方米表示。
宇宙中时间完整地隐藏在空间中，与空间体积重合、相等，因此我们很难发现它的存在，误以为时间是看不见摸不着的，并且是无法把握的。宇宙中时间与空间是对称统一的，两者重叠在一起形成了三维时空。三维时空观比所谓的四维时空观更简单、更易懂，并且能够直观地描述，因此更具有合理性。
宇宙中时间是静止的而非均匀的流逝，一切物体都是在时间中而非在空间中持续地运动。一切物体运动相对不动的时间而言都是绝对的，时间没有长短只有大小，时间没有快慢之说，因此时间也就无始无终。
宇宙中不存在直线匀速运动，一切物体都在自己的时间管道中循环，这使得时间的特征同空间一样不可避免地表现为弯曲的圆形结构。宇宙是一个旋转的球体，类似于原子、地球和太阳系。
必须强调指出：只有承认了时间的三维性质，才有可能最终解释宇宙，否则我们只能永远在旧理论中徘徊。
在基本上了解了时间的三维性质之后，还要继续讨论另外两个相关概念，这就是动量和速度。在宇宙中，任何单个物体运动所占据的时间体积必然直接与该物体的动量和速度有关，它们共同构成了一组相关的变量。在动量、时间体积和速度三者之间存在着确定的比例关系，其中任何一个变量的量值都是由另外两个变量共同决定的，它们密不可分、相互说明、缺一不可。除了动量、时间体积和速度之外，宇宙中还包含着另外一组变量，这就是质量、空间体积和密度，它们三者之间同样存在着确定的比例关系，其中任何一个变量的量值都是由另外两个变量共同决定的，它们密不可分、相互说明、缺一不可。宇宙中的这两组变量是对称统一的，可以对照解释和相互说明。
必须指出：由于人们过去并不真正了解时间，因此对于“动量”和“速度”概念的理解必然也是含混不清的，以至于在对“动量”和“速度”概念的定义中不可避免地存在着错误和矛盾，在此必须予以纠正。现在我们首先讨论动量。
在教科书中，动量被定义为质点的质量与速度的乘积，动量的单位用千克?米/秒表示，毫无疑问，这是不对的。我们说如果动量等于质量与速度的乘积，那么在动量中就必然应该包含着质量并且一定大于质量，这就是说动量应该被看成是由两部分量组成的，这里有一个问题，如果其中一部分量肯定叫质量，那么另一部分量应该叫什么呢？假设这部分量也叫质量，就等于说动量全部是由质量所组成，两者不存在区别，这是不应该的。假设另一部分量叫动量，就等于说动量中既包含质量同时也包含一部分动量，这显然是矛盾的。也许有人说另一部分量叫速度，那么我们为什么不能反过来也把速度叫质量或叫动量呢？还有，如果动量中必然包含质量的话，在质点失去速度的情况下，质点的质量是否仍然属于动量的一部分？这时我们为什么总认为动量在静止的质点中完全消失了？如果我们不能合理的回答这些疑问，还能肯定地认为动量是质量与速度的乘积吗？况且把动量的单位用千克?米/秒表示也是非常牵强的，因为它明显地是做为一个比值出现的，比值不能够代表一个确定量的单位。比如说质量单位是千克，那么与之相对应的动量单位也应是千克而不是别的。可以肯定地说：现有的动量概念是错误的，是不能成立的，它必须要与质量单位相统一。请不要急于反驳我，这决不是耸人听闻，我们没想到的事情还多着呢。
一个相对地面保持静止状态的铁球，有人说它的速度为零，因此不具有任何动量；还是这个铁球，有人看见它正在与地面一起围绕着地轴转动，因此说它具有很大的动量。两种不同的解释必然得出两种不同的计算结果，请问：铁球到底有没有动量？不用说，回答当然是肯定的。
长期以来，人们始终坚定地认为：运动永远是相对的，在失去或并存着两个不同参照系的情况下不能断定物体动与不动，从而也就无法确定物体有无动量。在这种错误的思维方式影响下人们必然以为所有物体中都不可能存在着绝对的动量，甚至认为物体中的动量是可有可无、时有时无的。这样一来，人们根据相对运动计算出来的动量自然也是相对的动量，应该说这种认识是非常错误的。
可以肯定地说，在真实的宇宙中确实存在着一个绝对静止的参照系，这就是我们反复强调的时间体积，时间和空间是宇宙中唯一不动的东西，（这个问题以后还要进一步说明，时间和空间只做膨胀和收缩运动，只有大小的变化，它们都是有限的。）一切物体只要存在于时间中就必然是绝对运动的，并且具有绝对的动量。宇宙中动量与质量相同，都是物体中固有的量，而且是绝对存在的量，两者是相对独立的。动量只表示物体运动大小的量，是纯粹运动中的量，也叫做占据时间的量。动量的大小只与物体运动所占时间体积的大小和速度的大小有关，而与质量无关。这就象物体质量的大小只与所占空间体积的大小和密度的大小有关，而与动量无关一样。物体中动量与质量等价、平权、重叠；时间体积与空间体积等价、平权、重叠；速度与密度等价、平权、重叠。
在地球上，一切物体都随地面一起围绕地轴转动，在不受到其它物体动量的作用下始终保持原有的动量不变。一个在地面上静止的铁球永远不会自己滚动，除非有其它物体的动量传递给它，迫使其改变原有的速度而在地面上滚动，然而这时铁球所具有的动量已经不是它应有的真实动量，而是附加了其它物体的动量，一旦所施加的额外动量消失后，铁球就会自发地逐渐恢复到原有的速度和动量状态上来，最终停止在地面上与地球一起转动。
现在我们知道了，任何物体在不受到其它因素的影响下总保持原有的动量不变，这就是说物体的动量是固有的而并非质量与速度的乘积，那么物体中原有的动量大小又是如何确定的呢？确切地说：物体的动量是所占时间体积与速度的乘积，这就相当于物体的质量是所占空间体积与密度的乘积一样。如果我们要想确定某个物体的动量大小必须首先确定物体所占的时间体积大小和速度的大小；这等于说：如果我们要想确定某个物体的质量大小必须首先确定物体所占的空间体积大小和密度的大小一样。然而遗憾的是，现有的教科书中的速度概念本身也是错误的，必须先行予以纠正。
教科书中的速度概念被定义为质点的位移与所历时间的比值，速度单位用米/秒表示，这是什么意思呢？按照书上的说法，位移是质点运动所走过的距离，用长度单位米表示。很显然，这种说法至少是不严谨的，我们已经知道，任何质点的运动过程必然要扫过一个管道体积，这就是质点动量存在于其中的时间体积，如果我们仅仅把运动看成是质点走过的距离而不是扫过的体积，就会使动量与时间体积相脱离，这就好比说物体在空间中运动、时间在钟表里进行一样。我们知道，在现有的速度概念中的时间单位用“秒”表示已经是错误的观点了，因为“秒”已被证明只能代表角度的单位，这样一来长度单位米与角度单位秒两者之间不可比，我们总不能说十五度角中究竟存在多少米。即使我们把角度单位“秒”看成是角度中存在的面积或体积，这个速度概念的比值也是不能成立的，因为米与平方米或立方米之间也不可比，我们总不能说一定的面积或体积中究竟存在多少米？还有一点是非常重要的，在现有的速度概念中居然没有体现出动量的概念，这是不可思议的事情。相比之下，在现有的密度概念中明确地体现出了质量的概念。总之，我们今天使用的速度概念表达的内容是含混不清的，根据这样的概念不能反映出速度的真正含义。纠其原因仍在于我们根本不懂得什么是“时间”。
现在就让我们来修改这个含混的概念，在速度单位米/秒中，时间单位不能用秒表示，而应该用立方米表示。长度单位米在速度中是多余的概念，应该改为动量。由于原来使用的动量单位——千克?米/秒是错误的，因此必须更换。为了使动量单位与质量单位相统一，我们把动量单位表述为：千克（动量），这样修改后的速度概念应表述为质点的动量与时间体积的比值，速度单位用千克（动量）/米3（时间）表示。新的速度单位与原有的密度单位是非常对称的：千克（动量）/米3（时间）千克（质量）/米3（空间）我们把修改后的动量、时间体积和速度称之为新概念，它们与物理学中的另外一组变量——质量、空间体积和密度之间存在着数学形式上的对称性和统一性，稍加比较之后就会发现其中存在的合理因素。总之，新概念的出现不仅仅是对旧概念本身在内容和美学效果上的改变，从更大的意义上讲，它预示着一场新的物理学革命将在所难免。

狭义相对论的创立

早在16岁时，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他产生了一个想法，如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢？他将看不到前进的光，只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗？

与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊，用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪，笛卡尔首次将它引入科学，作为传播光的媒质。其后，惠更斯进一步发展了以太学说，认为荷载光波的媒介物是以太，它应该充满包括真空在内的全部空间，并能渗透到通常的物质中。与惠更斯的看法不同，牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为，发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流，粒子流冲击视网膜就引起视觉。18世纪牛顿的微粒说占了上风，然而到了19世纪，却是波动说占了绝对优势，以太的学说也因此大大发展。当时的看法是，波的传播要依赖于媒质，因为光可以在真空中传播，传播光波的媒质是充满整个空间的以太，也叫光以太。与此同时，电磁学得到了蓬勃发展，经过麦克斯韦、赫兹等人的努力，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学，并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来，认为光就是一定频率范围内的电磁波，从而将光的波动理论与电磁理论统一起来。以太不仅是光波的载体，也成了电磁场的载体。直到19世纪末，人们企图寻找以太，然而从未在实验中发现以太。

但是，电动力学遇到了一个重大的问题，就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。关于相对性原理的思想，早在伽利略和牛顿时期就已经有了。电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难。按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是一个恒量，然而按照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同，这就出现了一个问题：适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学？例如，有两辆汽车，一辆向你驶近，一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近，后一辆车的灯光远离。按照麦克斯韦的理论，这两种光的速度相同，汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略理论，这两项的测量结果不同。向你驶来的车将发出的光加速，即前车的光速=光速+车速；而驶离车的光速较慢，因为后车的光速=光速-车速。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢？

19世纪理论物理学达到了巅峰状态，但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力，电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。在人们的心目中，古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学，老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”

爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态，在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解。在十年的探索过程中，爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到：以及绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？

爱因斯坦喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收思想营养，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明，但在电动力学中却无法成立，对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致，爱因斯坦提出了怀疑。他认为，相对论原理应该普遍成立，因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式，但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量，成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太，也就是相信存在着绝对参照系，这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。19世纪末，马赫在所著的《发展中的力学》中，批判了牛顿的绝对时空观，这给爱因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。第二天，他又来到贝索家，说：谢谢你，我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。

1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》，在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点，是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动，在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理，在他看来，根本不存在绝对静止的空间，同样不存在绝对同一的时间，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系，都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。在这篇文章中，爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据，他提出光速不变是一个大胆的假设，是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果，他从同时的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论，并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。

什么是同时性的相对性？不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢？一般来说，我们会通过信号来确认。为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度，但如何没出这一速度呢？我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间，空间距离的测量很简单，麻烦在于测量时间，我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟，从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。但我们如何知道异地的钟对好了呢？答案是还需要一种信号。这个信号能否将钟对好？如果按照先前的思路，它又需要一种新信号，这样无穷后退，异地的同时性实际上无法确认。不过有一点是明确的，同时性必与一种信号相联系，否则我们说这两件事同时发生是没有意义的。

光信号可能是用来对时钟最合适的信号，但光速不是无限大，这样就产生一个新奇的结论，对于静止的观察者同时的两件事，对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车，它的速度接近光速。列车通过站台时，甲站在站台上，有两道闪电在甲眼前闪过，一道在火车前端，一道在后端，并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹，通过测量，甲与列车两端的间距相等，得出的结论是，甲是同时看到两道闪电的。因此对甲来说，收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离，并同时到达他所在位置，这两起事件必然在同一时间发生，它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙，情况则不同，因为乙与高速运行的列车一同运动，因此他会先截取向着他传播的前端信号，然后收到从后端传来的光信号。对乙来说，这两起事件是不同时的。也就是说，同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。

相对论认为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题，运动速度都是很低的（与光速相比），看不出相对论效应。

爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式：E=mc2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。

广义相对论的建立

1905年，爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后，并没有立即引起很大的反响。但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章，认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推动，相对论很快成为人们研究和讨论的课题，爱因斯坦也受到了学术界的注意。

1907年，爱因斯坦听从友人的建议，提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位，但得到的答复是论文无法理解。虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气，但在瑞士，他却得不到一个大学的教职，许多有名望的人开始为他鸣不平，1908年，爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位，并在第二年当上了副教授。1912年，爱因斯坦当上了教授，1913年，应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。

在此期间，爱因斯坦在考虑将已经建立的相对论推广，对于他来说，有两个问题使他不安。第一个是引力问题，狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的，但是它不能解释引力问题。牛顿的引力理论是超距的，两个物体之间的引力作用在瞬间传递，即以无穷大的速度传递，这与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突。第二个是非惯性系问题，狭义相对论与以前的物理学规律一样，都只适用于惯性系。但事实上却很难找到真正的惯性系。从逻辑上说，一切自然规律不应该局限于惯性系，必须考虑非惯性系。狭义相对论很难解释所谓的双生了佯谬，该佯谬说的是，有一对孪生兄弟，哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行，根据相对论效应，高速运动的时钟变慢，等哥哥回来，弟弟已经变得很老了，因为地球上已经经历了几十年。而按照相对性原理，飞船相对于地球高速运动，地球相对于飞船也高速运动，弟弟看哥哥变年轻了，哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题简直没法回答。实际上，狭义相对论只处理匀速直线运动，而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程，这是相对论无法处理的。正在人们忙于理解相对狭义相对论时，爱因斯坦正在接受完成广义相对论。

1907年，爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理，此后，爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据，提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法：在一封闭箱中的观察者，不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中，还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中，这是解释等效原理最常用的说法，而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。

1915年11月，爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文，在这四篇论文中，他提出了新的看法，证明了水星近日点的进动，并给出了正确的引力场方程。至此，广义相对论的基本问题都解决了，广义相对论诞生了。1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。

爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论，很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，20年代，天文学家在天文观测中证实了这一点。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转，。最靠近地球的大引力场是太阳引力场，爱因斯坦预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转。1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转。英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的。会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。爱因斯坦成了新闻人物，他在1916年写了一本通俗介绍相对认的书《狭义相对论与广义相对论浅说》，到1922年已经再版了40次，还被译成了十几种文字，广为流传。

相对论的意义

狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去了很长时间，它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思相的发展都有巨大的影响。 相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题，从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律，并提示了质量与能量相当，给出了质能关系式。这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显，但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。因为微观粒子的运动速度一般都比较快，有的接近甚至达到光速，所以粒子的物理学离不开相对论。质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件，而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。

广义相对论建立了完善的引力理论，而引力理论主要涉及的是天体。到现在，相对论宇宙学进一步发展，而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展，吸引了许多科学家进行研究。

一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦将位于最前列。他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”，“按照我的看法，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。”

你第一个需要搞清楚的就是：时间和空间不是两个独立的事物，除去其中一个来谈另一个都是没有意义的。要解释相对论，要从一次天文观测讲起.........
1905年，一颗被天文学家观测到的恒星和它的计算位置有很大的偏差，在科学界引起争论，是牛顿引力定律错了吗，可是定律曾准确的预言了海王星的位置。在这个时候，爱因斯坦发表了6篇论文，其中一篇“关于光的产生和转化的一个启发性观点”就解答了这个问题。爱因斯坦指出，恒星的位置是计算正确的，是光走了弯路，而光是直线发射的，所以，光经过的空间是弯曲的。空间并不是在宇宙中每点都存在的，不是平滑存在的。
再一个就是，你要明确时间在不同的地点是不同的，当然，在地球上不明显。也就是说，地球的钟和其他星球的时间是不同的。为什么不同呢，这里又有一个爱因斯坦的理想实验，是一列火车的假想（这个你得自己去查书，就是推导时间压缩的公式）。公式会指出，t和c平方的关系。当速度接近光速时，不只是时间变慢，物体的质量也会变大，长度尺寸也会发生变化。

那上面讲的是，当时间停止或减慢，人就能一直旅行下去而不会在中途老死啊。不是说很快就能到！

广义相对论建立了完善的引力理论，而引力理论主要涉及的是天体。到现在，相对论宇宙学进一步发展，而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相对论天体物理学的分支学科都有一定的进展，吸引了许多科学家进行研究。

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