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)，高速運動的時鐘變慢，等哥哥回來，弟弟已經(jīng)變得很老了，因為地球上已經(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動，地球相對于飛船也高速運動，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。實際上，狹義相對論只處理勻速直線運動，而哥哥要回來必須經(jīng)過一個變速運動過程，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，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，證明了水星近日點的進動，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動著的參照系都成立。
愛因斯坦的廣義相對論認為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時間會發(fā)生彎曲，而引力場實際上是一個彎曲的時空。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進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了這一點。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，遙遠的星光如果掠過太陽表面將會發(fā)生一點七秒的偏轉(zhuǎn)。1919年，在英國天文學(xué)家愛丁頓的鼓動下，英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀察日全食，經(jīng)過認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告，確認廣義相對論的結(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)過去了很長時間，它經(jīng)受住了實踐和歷史的考驗，是人們普遍承認的真理。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。相對論嚴格地考察了時間、空間、物質(zhì)和運動這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時空觀和物質(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動下的運動規(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。這兩項成果對低速運動的宏觀物體并不明顯，但在研究微觀粒子時卻顯示了極端的重要性。因為微觀粒子的運動速度一般都比較快，有的接近甚至達到光速，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，也只是說“由于他對理論物理學(xué)的貢獻，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驗證。）
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