愛因斯坦傳 P 10
愛因斯坦傳
作者：布老虎
第10，共48。
愛因斯坦狹義相對論思想的產生，最早源於他16歲時一直困擾着他的一個問題。在他1895年進入阿勞中學上學時，他已比與他同齡的中學生掌握了更多的物理方面的知識。他對探索自然奧秘有着無比濃厚的興趣，時常一個人靜靜地思考一些科學特別是物理學方面的問題。一天，他突然想到這樣一個問題：假如一個人以光速跟着光波跑，那末他就處在一個不隨時間而改變的波場之中。
也就是說，應該看到這條光線就好像一個在空間振盪而停滯不前的電磁場。然而看來不會有這種事情。這個問題他一直想搞清，為此沉思了10年。
1896年愛因斯坦進入蘇黎世聯邦工業大學以後，繼續思考着關於運動物體的光學特性的問題。對於當時物理學中流行的光是通過以太這種特殊的介質來傳播的觀點，一開始他也是毫不懷疑的。但他想，光通過以太的海洋傳播那末地球也應是在以太中運動的，反過來說，以太應有相對於地球的運動。這應該可以通過實驗來加以驗證。
因此他就去查閲有關這方面的資料。可是他查遍了他所能找到的物理學文獻，都沒有關於找到以太的明確的實驗證據。於是他想親自來驗證一下。為此，他設計了一個使用兩個熱電偶的實驗：用幾面鏡子，把來自同一個光源的光反射到兩個不同的方向，一個與地球運動方向平行，另一個則方向相反。
如果假設在兩條光束之間存在能量差，那末就能用兩個熱電偶測出所產生的熱量的差別，從而檢測出地球相對於以太運動而引起的光速的變化。可是他的老師不支持他，他也沒有機會和能力建造這種設備，事情就這樣不了了之。後來，當他正在學校思考以太流的問題的時候知道了邁克爾遜實驗的「零」結果。他很快意識到，如果承認邁克爾遜實驗的「零」結果符合事實的話，那末認為地球相對於以太運動的想法就是不正確的，應該拋棄以太這個頑結。
但是，如果沒有以太充滿整個宇宙空間，也就不可能有什麼絶對的靜止和絶對的運動了，因為物體不可能相對於虛無運動。所以他認為，只能是談一個物體相對於另一個物體，或者一個參照系相對於另一個參照系的相對運動。處于這兩個參照系中的觀察者都有同等的權利說：「我是靜止的，對方在運動。」如果沒有宇宙以太作為物體在空間中運動的公共參照系，我們就無法探測到這一運動。
所以邁克爾遜的實驗沒有探測到地球相對於以太的運動，也就不足為奇了。
邁克爾遜—莫雷實驗的「零」結果也震動了當時的物理界。物理學家們提出了各種各樣的假說企圖解釋這一奇怪的結果。但是各種解釋都不能令人滿意，許多人仍然堅信以太的存在，邁克爾遜本人也是如此，洛倫茲也是如此。據說邁克爾遜一直到臨死還因他未能找到以太而深感遺憾。
洛倫茲用修補的方法來輓救舊理論，他取消了以太的其它各種力學性質，但卻留下了以太惟一的性質即不動性，仍賦予與以太相對靜止的坐標系以特殊優越的地位。這位荷蘭物理學家于1892年在阿姆斯特丹科學院提出了收縮假說，即認為邁克爾遜實驗中，處于地球運動方向的122干涉儀的那個臂比另一個臂縮短了 Ln /C L為臂長，ν為地球公轉222速度，C為光速，嚴格地說按1： 1-n /C 的比例收縮，則可以圓滿解釋邁克爾遜—莫雷實驗的結果。同時推論，所有固體穿過靜止以太時，都會在運動方向上產生同樣比例的收縮。在後來的工作中，洛倫茲又人為地引進了「當地時間」這個輔助量，建立了從靜止的以太坐標繫到其它慣性坐標系的變換式，即著名的洛倫茲變換式，不過他並不理解這個變換式的物理意義。
彭加勒、拉摩、伏格特等人也提出了一些接近於相對論的重要思想。
正當洛倫茲和彭加勒等人在為解決邁克爾遜—莫雷疑難而紛紛提出各種假說和觀點時，愛因斯坦也在他那伯爾尼專利局的辦公室中思考着電磁現象和光學中的疑難。即使推着嬰兒車在伯爾尼的街上慢慢行走，他也在想著問題，時不時地停下來掏出幾張紙片，匆匆記下一些符號和數字，又塞進口袋中去。除了看過洛倫茲1895年寫的一篇論文之外，他對彭加勒等人的工作几乎一無所知。他在走着一條自己的路。
愛因斯坦在工業大學上學時，最使他着迷的就是麥克斯韋理論。當時老師在課堂上並不講授這些內容，因此他除了在物理實驗室外，其餘時間就通過亥姆霍茲、玻耳茲曼、赫茲等人的著作如饑似渴地學習麥克斯韋的理論。現在他發現，麥克斯韋電動力學即電磁場方程應用到運動的物體上時，就要引起一些不對稱，也就是說，麥克斯韋方程在靜止系中是正確的，而在相對於靜止系勻速運動的系統中就不正確了。他曾花了不少時間企圖修正麥克斯韋方程，可是沒有取得成功。
他還試圖用麥克斯韋和洛倫茲的電動力學方程來處理斐索關於菲涅耳拖動係數的實驗，可是同樣遇到了問題。他相信這些方程是正確的，它們恰當地描述了實驗事實。他也相信，既然沒有絶對靜止，那末這些方程在運動參考系中應當和在所謂靜止參考系中一樣有效，可這樣會導致光速不變的概念。而這個概念又和力學中使用的速度相加定律相矛盾。
為什麼這兩個概念相互矛盾呢？問題在什麼地方呢？他覺得這個問題解決起來很難，几乎用了一年時間，他試圖解決這個問題，但一無所得。
也就是說，應該看到這條光線就好像一個在空間振盪而停滯不前的電磁場。然而看來不會有這種事情。這個問題他一直想搞清，為此沉思了10年。
1896年愛因斯坦進入蘇黎世聯邦工業大學以後，繼續思考着關於運動物體的光學特性的問題。對於當時物理學中流行的光是通過以太這種特殊的介質來傳播的觀點，一開始他也是毫不懷疑的。但他想，光通過以太的海洋傳播那末地球也應是在以太中運動的，反過來說，以太應有相對於地球的運動。這應該可以通過實驗來加以驗證。
因此他就去查閲有關這方面的資料。可是他查遍了他所能找到的物理學文獻，都沒有關於找到以太的明確的實驗證據。於是他想親自來驗證一下。為此，他設計了一個使用兩個熱電偶的實驗：用幾面鏡子，把來自同一個光源的光反射到兩個不同的方向，一個與地球運動方向平行，另一個則方向相反。
但是，如果沒有以太充滿整個宇宙空間，也就不可能有什麼絶對的靜止和絶對的運動了，因為物體不可能相對於虛無運動。所以他認為，只能是談一個物體相對於另一個物體，或者一個參照系相對於另一個參照系的相對運動。處于這兩個參照系中的觀察者都有同等的權利說：「我是靜止的，對方在運動。」如果沒有宇宙以太作為物體在空間中運動的公共參照系，我們就無法探測到這一運動。
邁克爾遜—莫雷實驗的「零」結果也震動了當時的物理界。物理學家們提出了各種各樣的假說企圖解釋這一奇怪的結果。但是各種解釋都不能令人滿意，許多人仍然堅信以太的存在，邁克爾遜本人也是如此，洛倫茲也是如此。據說邁克爾遜一直到臨死還因他未能找到以太而深感遺憾。
洛倫茲用修補的方法來輓救舊理論，他取消了以太的其它各種力學性質，但卻留下了以太惟一的性質即不動性，仍賦予與以太相對靜止的坐標系以特殊優越的地位。這位荷蘭物理學家于1892年在阿姆斯特丹科學院提出了收縮假說，即認為邁克爾遜實驗中，處于地球運動方向的122干涉儀的那個臂比另一個臂縮短了 Ln /C L為臂長，ν為地球公轉222速度，C為光速，嚴格地說按1： 1-n /C 的比例收縮，則可以圓滿解釋邁克爾遜—莫雷實驗的結果。同時推論，所有固體穿過靜止以太時，都會在運動方向上產生同樣比例的收縮。在後來的工作中，洛倫茲又人為地引進了「當地時間」這個輔助量，建立了從靜止的以太坐標繫到其它慣性坐標系的變換式，即著名的洛倫茲變換式，不過他並不理解這個變換式的物理意義。
彭加勒、拉摩、伏格特等人也提出了一些接近於相對論的重要思想。
正當洛倫茲和彭加勒等人在為解決邁克爾遜—莫雷疑難而紛紛提出各種假說和觀點時，愛因斯坦也在他那伯爾尼專利局的辦公室中思考着電磁現象和光學中的疑難。即使推着嬰兒車在伯爾尼的街上慢慢行走，他也在想著問題，時不時地停下來掏出幾張紙片，匆匆記下一些符號和數字，又塞進口袋中去。除了看過洛倫茲1895年寫的一篇論文之外，他對彭加勒等人的工作几乎一無所知。他在走着一條自己的路。
愛因斯坦在工業大學上學時，最使他着迷的就是麥克斯韋理論。當時老師在課堂上並不講授這些內容，因此他除了在物理實驗室外，其餘時間就通過亥姆霍茲、玻耳茲曼、赫茲等人的著作如饑似渴地學習麥克斯韋的理論。現在他發現，麥克斯韋電動力學即電磁場方程應用到運動的物體上時，就要引起一些不對稱，也就是說，麥克斯韋方程在靜止系中是正確的，而在相對於靜止系勻速運動的系統中就不正確了。他曾花了不少時間企圖修正麥克斯韋方程，可是沒有取得成功。
他還試圖用麥克斯韋和洛倫茲的電動力學方程來處理斐索關於菲涅耳拖動係數的實驗，可是同樣遇到了問題。他相信這些方程是正確的，它們恰當地描述了實驗事實。他也相信，既然沒有絶對靜止，那末這些方程在運動參考系中應當和在所謂靜止參考系中一樣有效，可這樣會導致光速不變的概念。而這個概念又和力學中使用的速度相加定律相矛盾。
為什麼這兩個概念相互矛盾呢？問題在什麼地方呢？他覺得這個問題解決起來很難，几乎用了一年時間，他試圖解決這個問題，但一無所得。
