[拼音]：xiangduilun

[外文]：relativity theory

现代物理学的基础理论之一。分为狭义相对论和广义相对论。它在本质上是关于空间、时间、物质、运动相互之间关系的一种普遍理论。创立者为著名理论物理学家A.爱因斯坦。

创建于1905年。爱因斯坦在建立该理论时，首先考虑的是自然界的统一性问题。他发现，在牛顿力学 （见I.牛顿）领域中普遍成立的伽利略相对性原理，即力学定律对于任何相互匀速运动着的参照系都是一样的，也就是一切惯性系都是等效的，但它在麦克斯韦电动力学中却不能成立。他根据M.法拉第电磁感应实验分析这一事实，认为这种不统一性不是自然界固有的，而是古典物理学基础有问题。他吸取了D.休谟对先验论、E.马赫对绝对时空概念的批判成果，从考察两个在空间上分隔开的事件的“同时性”入手，否定了没有经验根据的“同时性”的绝对性及其有关的绝对时间概念，从而也否定了绝对空间概念以及实质上被当作绝对空间的“以太”的存在。他发现如果以此为基础，把传统的空间和时间概念加以适当的修改，上述不统一性就可以消除。于是，他把G.伽利略发现的力学运动的相对性原理适应的范围加以扩充，使它不仅包括力学定律，而且包括所有的物理定律，并且把它提升为一切物理理论的前提；同时，又把所有“以太漂移”实验所显示的光在真空中总是以确定的速度传播的基本事实，提升为原理。

爱因斯坦还发现，要使相对性原理和光速不变原理同时成立，不同的惯性系的空间坐标和时间之间就必须存在一种确定的数学关系，即洛伦兹变换。这是适合于伽利略相对性原理变换的一种推广。然而，由伽利略变换联系起来的空间和时间间隔是不变的；而由洛伦兹变换联系起来的空间和时间间隔则随着参照系的相对运动速度而变化。运动的尺要缩短，运动的钟要变慢，但一切物理定律的数学形式却保持不变，即一切物理定律对于洛伦兹变换是协变的。对伽利略变换不是协变的麦克斯韦方程，对洛伦兹变换是协变的。可是，原来对伽利略变换是协变的牛顿力学定律，现在对洛伦兹变换却不是协变的，因此必须改造古典物理学的基本概念，如质量、能量、动量等。通过这种改造所得到的相对论力学，把古典力学作为物体低速运动时的一种极限情况包含于自身之中。这样，狭义相对论就把力学和电磁学在运动学的基础上统一了起来。狭义相对论否定了绝对时空观，精确地揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性以及空间、时间同物质运动的联系。相对论的这种时空观，后来通过H.闵可夫斯基的工作得到重大发展。闵可夫斯基于1907年提出了空时四维表述形式，即在通常的空间三个坐标以外，引进第四个以光速和时间的乘积为尺度的虚坐标，这样就可以方便地用四维空间中的几何图形来表示事件（称为“世界点”）及其变化过程（称为“世界线”）。在闵可夫斯基空间中，原来三维空间的距离和时间的间隔两者各自独立的不变性虽然不再成立，但两者的结合体仍然是不变的。因此，他把这一观点称为“绝对世界的假设”。

狭义相对论不仅引起了时空观革命，而且具有更深远的哲学意义。例如，爱因斯坦根据狭义相对论导出质量和能量的相当性，即物体的质量(m)是它所含能量(E)的量度:E=mc2（c=光速）。这就加深并发展了物质和运动的不可分离性原理。又如，按照狭义相对论的四维表示，能量和动量结合成一个量，即“能量-动量矢量”，动量是这个四维矢量的空间分量，能量则是它的时间分量。这样，动量守恒定律和能量守恒定律就结合成一个统一的能量－动量守恒定律，从而使笛卡尔学派和莱布尼茨学派关于运动量度问题的争论在新的科学水平上得到了更完满的解决。

爱因斯坦在完成狭义相对论后，继续把相对性原理的适用范围从相互匀速运动的参照系推广到相互加速运动的参照系。他从伽利略早已发现的引力场中一切物体都具有同一加速度，即惯性质量同引力质量相等这一古老的实验事实出发，于1907年提出等效原理。这一原理认为引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。由等效原理可以推断，在引力场中，时钟要变慢，光线要弯曲。随后，爱因斯坦在M.格罗斯曼的帮助下找到了适用的数学工具，即C.F.高斯和G.F.黎曼的曲面几何以及C.G.里奇和T.勒维 -契维塔的绝对微分学，或称张量分析。经过 3年的艰苦努力，他于1915年11月完成广义相对论，提出了对于任何坐标变换都是协变的引力场方程。广义相对论实质上是引力理论，它用空间结构的几何性质表示引力场，使19世纪20年代建立的非欧几里得几何学获得了物理意义。从广义相对论的角度看，现实的物理空间不是平坦的欧几里得空间，而是弯曲的黎曼空间；空间弯曲的程度（曲率）取决于物质分布状况，空间曲率体现了引力场的强度。广义相对论揭示了四维空时同物质的统一性，指出空间-时间不可能离开物质而独立存在，这就在更深的意义上否定了牛顿的绝对空时观。广义相对论还解释了牛顿力学理论无法解释的水星近日点每百年43秒的剩余进动，并且预言星光经过太阳边缘要偏转 1.7秒。这一预言于1919年由日全食的观测得到证实。

爱因斯坦建成广义相对论后，即用它考察整个宇宙空间问题，开创了现代宇宙学。他于1917年提出的宇宙空间有限 的模型，为宇宙膨胀理论和大爆炸宇宙学奠定了理论基础。20年代以后，他试图继续推广相对论，使广义相对论发展成为既包括引力场又包括电磁场的统一场理论。他在这条道路上努力探索了30年，未获任何有物理意义的结果。但70年代以后，统一场论的思想以新的形式成为一种鼓舞人心的物理理论探索的指导思想。

相对论的创建不仅带动了整个物理学理论的革命，而且对现代哲学产生了深远的影响。它所提出的新的时空观、物质观和运动观，大大发展了辩证的自然观。20世纪20年代先后在欧洲和美国出现并有广泛影响的逻辑实证主义和操作主义的一些代表人物，都声称自己是以爱因斯坦创建相对论的思想方法为依据的。但爱因斯坦本人在哲学问题上采取了比较严肃、谨慎的态度，对这两种哲学思潮在原则上都加以 。在苏联和我国，曾有人一度把相对论当作哲学上的相对主义、主观唯心主义或马赫主义加以批判，这不论在科学上和哲学上都产生了十分有害的影响。

参考书目

爱因斯坦著，杨润殷译：《狭义与广义相对论浅说》，上海科学技术出版社，1964。

W.泡利著，凌德洪、周万生译：《相对论》，上海科学技术出版社，1979。

吴大猷：《相对论》，台湾联合出版事业公司，台北，1977。

参考文章

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