狭义相对论的创立——爱因斯坦的科学顿悟
栏目主持人 王渝生，科学史家，科普专家，研究员；曾任中国科技馆馆长等职，现任全国政协委员，北京市科协副等职；著有《自然科学史导论》、《科学寻踪》、《科技百年》、《中国算学史》等，荣获国家图书奖、中国图书奖、20世纪科普佳作奖等。
程 军： 中国科学技术馆副研究员。
狭义相对论的创立——爱因斯坦的科学顿悟
阿尔伯特·爱因斯坦于1879年3月14日出生于德国南部的小城乌尔姆。1905年，年仅26岁的爱因斯坦发表了6篇论文，在物理学的不同领域分别取得突破性成就，为他成为20世纪的科学巨人奠定了基础。其中，“论动体的电动力学”是关于狭义相对论的论文，以完整的形式提出了高速运动的物体所遵循的规律。
1922年12月，爱因斯坦在日本京都发表了题为“我是如何创造相对论理论的”演讲，谈到他在1905年前的很长一段时间里，一直思考着一个很困难的问题：他相信麦克斯韦方程在所有惯性系中都成立，但由此导出的光速不变性和经典力学的速度合成法则相矛盾。他试图修改洛仑兹的想法以解决这个问题，但是没有结果。在徒劳了一年之后，1905年，他终于顿悟到问题原来出在一个最不容易被人怀疑的基本思想观念，即同时性的问题上，并奇迹般地解决了这个问题。爱因斯坦在演讲中这样介绍了当时的情况：“没想到在伯尔尼的一个朋友帮了我的忙。有一天，天气真是美极了，我去访问他，‘最近有一个很困难的问题，我无法解释。今天我来就是想就这个问题与你论战一番。’我和他讨论了许久，突然，我知道问题的症结了。第二天，我又去找他，还没有向他问候，我就急忙对他说：‘谢谢你，困难的问题已经完全解决了。’我解决的正是时间这个概念。时间这个概念本来是不能给一个绝对的定义的，但是在时间和信号速度之间有着不可分割的关系。有了这个新的概念，前面所说的困难就全部迎刃而解。5个星期之后，狭义相对论就完成了。”[1]
其实早在15年爱因斯坦在阿劳州立中学补习功课时，他就思考着这样一个问题：“如果一个人以光的速度追逐光波而行，那么将会看到什么？”16年10月，爱因斯坦考入联邦工学院六系A部（此部包括数学、物理学和天文学）。由于物理学的课程中没有讲授电磁学之类的前沿课题，爱因斯坦便旷课在宿舍里自学理论物理学大师们的著作。此外，爱因斯坦还经常和格罗斯曼、贝索等一小群朋友讨论学术问题和社会问题。贝索虽然是学机械工程的，却有着广博的知识，思维相当敏捷，经常和爱因斯坦讨论物理问题。在贝索的建议下，爱因斯坦阅读了马赫的《力学》和《热学》，爱因斯坦很赞赏马赫对牛顿力学中一些不可检验的概念，比如绝对时间、绝对空间等所进行的批判。
1902年6月，爱因斯坦到瑞士专利局工作。专利局哈勒尔告诫手下说，当你拿起一张专利申请，首先要认为发明者所说的都是错误的，否则你会被发明者牵着鼻子走。爱因斯坦的科学研究很得益于这种鸡蛋里挑骨头的思维方法。到老年时，爱因斯坦很庆幸自己当初没有从事单调无聊的学术工作，而是从事了具有实践性质的工作。他认为科学院把年轻人置于一种迫使发表更多科技文章的环境，只有意志顽强的人才能够抵御，而含有实践的职业可以使智力一般的人实现他的梦想，如果他有浓厚的科学兴趣，可以在日常生活中去专心钻研他喜欢的问题。
1902年，爱因斯坦和在伯尔尼大学学习哲学和物理的索洛文、做数学博士论文的哈比希特成立了一个俱乐部——奥林匹亚科学院。这个科学院有一个严格的阅读计划，阅读的大部分是与物理学有关的哲学方面的书。他们定期见面，对很多共同感兴趣的问题进行讨论。例如休谟对先验论的批判，斯宾诺莎的理性论所体现的自然界的统一性思想，彭加勒的科学工作等，这些都对爱因斯坦影响很大。贝索1904年来到伯尔尼，加入到这个科学院中。具有批判精神的贝索是爱因斯坦最好的思想共鸣器，对爱因斯坦最终创建狭义相对论尤其起了关键的作用。1904年底，爱因斯坦成为《物理学年刊的补充》的一名评论员，它使爱因斯坦进一步了解了20世纪初物理学的全貌。爱因斯坦虽然在学术主流之外，但却从未与外界失去联系，瑞士联邦工学院的图书馆、苏黎世的图书馆、专利局的图书馆和伯尔尼大学的图书馆都可以为爱因斯坦利用。爱因斯坦的成果不是从大量实验数据的计算中得出的，他没有时间也没有条件做这种工作，
它们是最困难的一种思维方式——概念思维的结果。爱因斯坦认为，整个科学不过是对日常思维的一种精炼，科学家如果不去批判地考察一个更加困难的问题，即分析日常思维的本质问题，他就不能开展研究。不懈的思索、正确的工作方法使爱因斯坦的创造力在1905年爆发了[2]。
1905年春天，爱因斯坦提出了两个基本公设：光速不变原理和相对性原理，从这两个基本公设推出了洛仑兹变换，进而推出时间膨胀、长度收缩、同时的相对性、运动物体质量变大等结论。狭义相对论就这样诞生了[2]。
参考文献（References）
[1] 杨仲耆, 申先甲. 物理学思想史[M]. 长沙: 湖南教育出版社, 1993: 550-551. [2] 程 军. 爱因斯坦画传[M]. 上海: 上海科学技术文献出版社, 2005: 14-25; 74 （责任编辑 崔 琦）
