相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分？

1955年4月18日，20世紀最偉大的科學家阿爾伯特·愛因斯坦因患動脈瘤在美國普林斯頓逝世。說起愛因斯坦，都知道他提出了著名的相對論。但是你可知道，相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分呢？

了解「相對論」對於研究現代物理學的人來說，是十分必要的。

據說，相對論的創始人阿耳伯特?愛因斯坦從小就思考這樣兩個問題:

（1）如果有人跟著光線跑，並努力趕上它，那麼，這個人將看到些什麼現象呢？

（2）如果把一個人關在一架自由下落的升降機內，他將看到什麼呢？

經過二十多年的思考和鑽研，愛因斯坦終於找到了第一個問題的答案，創立了狹義相對論，並將他的這一成果於1905年公諸於世。但愛因斯坦並不滿足於已取得的成就，他又圍繞著第二個問題進行了深入的探索，經過十一年堅持不懈的努力，於1916年，進一步建立了廣義相對論。

相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分呢？這和物理學中「相對性原理」的推廣範圍有關。我們知道，為了觀察和描述物體的運動，需要有一個參照的標準。例如，從飛機內部看機上的乘客，他是坐在那兒不動的；從地面上觀察，乘客卻隨飛機一起飛行。究竟這乘客是靜止還是在運動，就看觀察者所參照的標準了。物理學上，把這種參照標準稱作參照系。任何事物都可以當作參照系，海中的島嶼、天上的星星、行駛的火車、靜止的路標……參照系選得好，觀察和研究起來就方便。

根據參照系相對於觀察者的運動情況，參照系又可以分為慣性系和非慣性系兩大類。相對於觀察者是靜止的或在作勻速直線運動的參照系統稱為慣性系。靜止或作勻速直線運動在物理學上稱作加速度為零的運動。因此，慣性系又可以看作是參照系相對於觀察者不作加速運動的情況；而非慣性系則可看成是參照系相對於觀察者在作加速運動的情況，並可稱之為加速系。我們在觀察地面上的運動物體時，可以把地球近似地當作慣性系。在研究地球或其他行星的運動時，就要以太陽或其他恆星作慣性系。

相對論的核心思想之一是「相對性原理」。上面已經講到，在不同的參照系裡描述同一事物的運動形式，其情況也不同。但是，在不同的參照系裡運動的物體是否遵循同樣的規律呢？例如，在一艘作勻速直線航行的海輪上，和一個在地面上的靜止實驗室里分頭作力學實驗：兩隻擺長相同的擺鐘，它們的擺動周期是否一樣呢？在兩根一樣的彈簧下各掛1千克的砝碼，它們的伸長是否一樣呢？在相同的高度上，讓兩塊一樣質量的鐵塊自由下落，它們是否同時落到地上呢？……早在力學發展的初期，物理學家們就總結出，在所有的慣性系中，力學運動的規律都相同，這就是經典力學的相對性原理。

19世紀中期，電磁學有了很大的發展，經典的電磁理論建立起來並趨於完備。這不僅使人類從蒸汽時代進入電氣時代，而且也為相對論的誕生準備了搖籃。愛因斯坦在他創立的狹義相對論中，把經典力學中的相對性原理推廣到包括電磁學在內的整個物理學領域，建立了新的相對性原理，即:物理規律(不僅是力學規律，也包括電磁運動的規律)在所有的慣性系中都是一樣的。而在廣義相對論中，愛因斯坦又把這個原理作了進一步的推廣，即:物理規律不僅在所有的慣性系中都一樣，而且在所有的加速系中也相同。換句話說，物理規律在所有的參考系中都一樣。

由於相對性原理先是在慣性系中，從力學規律推廣到所有的物理規律，後來又在廣泛的意義上推廣到所有的參照系，這就使相對論有了「狹義」和「廣義」之分。

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