爱因斯坦是相对论的唯一创建者

　　赵峥，1967年毕业于中国科技大学物理系，1981年于北京师范大学天文系获硕士学位，1987年于布鲁塞尔自由大学获博士学位。曾任北京师范大学研究生院副院长、物理系主任、中国引力与相对论天体物理学会理事长、中国物理学会理事。现为北京师范大学物理系教授，理论物理博士生导师、教育学博士生导师。

　　相对论诞生之前，洛伦兹在1904年给出了电子的质量公式。他是在研究电子在电磁场中的运动时提出这一公式的。根据这个公式，电子在运动时质量会增大。当时的一些实验，也支持运动电子的质量会增加的观点。

　　爱因斯坦的相对论证明了质量公式的正确性。相对论认为，这一公式不仅对电子成立，对任何物体均成立。当物体速度增加时，它的动质量也会增加，当运动速度趋近光速时，动质量会趋于无穷大，真有点令人不可思议。

　　目前，对于动质量能否算作质量有争议。一些科学家认为，只有静质量才是真正的质量，动质量不是真正的质量，只不过是个为了运算方便而引入的符号而已。持这种观点的好处是，质量将是一个常数。不过，如果动质量不算作质量，则必须放弃质量守恒定律。基本粒子的实验表明，一个电子与一个正电子相遇，会转化为两个光子。电子和正电子都有静质量，但变成光子后，静质量消失，光子只有动质量。如果动质量不算质量，则质量守恒定律将不成立。当然，光子还有能量，在这个实验中，能量守恒定律依然成立。

　　爱因斯坦在论文中是赞成动质量是真质量的观点的。当然，有的研究材料说，爱因斯坦后来曾在私下表示过，可以接受动质量不算作质量的观点，但是他从来没有在公开场合或论文中说过动质量不算质量。

　　爱因斯坦在1905年11月发表的有关相对论的第二篇论文中，提出了一个重要的公式E-mc2。这个公式称为质能关系式，它表明，质量和能量好像是同一事物的两个侧面，任何质量都含有能量，任何能量也都具有质量。人们把质能关系式显示的、物质蕴藏的能量称为固有能。

　　质能关系式意义重大，它显示任何一块很小的质量都蕴含着难以置信的大量固有能。l克任何物质（例如水），它所蕴藏的固有能如果转化为光能和热能的形式，则相当于2万吨TNT炸药所释放的化学能。在日本广岛爆炸的那颗原子弹，造成了巨大的损害，其实只是相当于几克物质的固有能被转化成了光能和热能。

　　相对论开辟了新的无止境的能量源泉。质能关系式告诉我们，自然界并不缺少能量，只是人类掌握它们的能力还不够。核物理的发展，证实了这个公式的正确性。

　　相对论获得公认之后，一些人注意到，在相对论的发展过程中，许多人都有贡献。

　　在相对论诞生之前，洛伦兹提出了洛伦兹收缩和洛伦兹变换，洛伦兹变换正是相对论的核心公式。洛伦兹还给出了电子质量公式。

　　庞加莱首先正确阐述了相对性原理，一直坚持认为相对性原理不应放弃。他猜测真空中的光速是一个常数，而且光速很可能是极限速度。他还建议通过光速来校准不同地点的钟，使它们同时、同步。

　　显然，洛伦兹和庞加莱都对相对论的诞生做了重要的铺垫工作。

　　实际上，作出贡献的还不光他们。洛伦兹是在1892年提出洛伦兹收缩的，但最早提出这一公式的是爱尔兰物理学家斐兹杰惹。他声称自己早就在课堂教学中给出了这一公式，早于洛伦兹。他的学生们都力证这一点。但当时看到的他公开这一公式的文章发表在1893年，晚于洛伦兹。斐兹杰惹去世后，他的学生为了给老师讨还公道，四处搜寻证据。他们想到老师以前曾给英国的《科学》杂志写过一封信，谈到这一收缩公式。但信寄出不久，这一杂志就倒闭了，斐兹杰惹以为该杂志没有来得及刊登这封信，也就没有强调这一证据。他去世后，那些忠实的学生们终于发现，该杂志在倒闭前的倒数第2期上，刊登了这封信。那期杂志发表在1889年，早于洛伦兹的论文。所以，现在人们把洛伦兹收缩称为洛伦兹-斐兹杰惹收缩，有人还建议应该称作斐兹杰惹-洛伦兹收缩，因为斐兹杰惹发现这一公式比洛伦兹早。

　　最早给出洛伦兹变换的也不是洛伦兹本人。1887年佛格特就给出了一个类似的变换，但各项都差了一个因子。1898年，拉摩首先给出了洛伦兹变换的正确公式。据说斐兹杰惹也早于洛伦兹得到这一变换。洛伦兹本人则是在1904年才给出这一变换的。

　　但必须承认，无论是洛伦兹收缩还是洛伦兹变换，提出较为完整的理论（虽然有错误）并造成最大学术影响的还是洛伦兹本人。

　　庞加莱对爱因斯坦的影响是巨大的。爱因斯坦在奥林匹亚科学院时期就曾阅读过庞加莱的《科学与假设》等著作。在爱因斯坦建立相对论的文章中，不难发现庞加莱的影响。

　　然而真正完成思想突破，构建起相对论的人只有爱因斯坦一个人。

　　洛伦兹坚信绝对空间和以太，主张放弃相对性原理。庞加莱否认绝对空间的存在，坚持相对性原理，但他仍抱住以太理论不放。承认以太，实质上还是承认绝对空间，以太本身就是绝对空间的实体。只有爱因斯坦一个人，不仅抛弃绝对空间，也抛弃以太。所以，只有爱因斯坦最彻底地坚持了相对性原理。这一点，是他深受马赫影响的结果。马赫认为，凡是看不见摸不着的东西，都不能承认共存在，他认为既不存在绝对空间，也不存在以太。马赫的观点深刻地影响着爱因斯坦，引导他走向了狭义相对论的创建，后来又引导他走向广义相对论的创建。

　　我们要特别提出的是，爱因斯坦与包括洛伦兹、庞加莱在内的所有学者的最大不同是他提出了光速不变原理。由于发现这一原理，他终于认识到“同时”不是一个绝对的概念，而是一个相对的概念。在作相对运动的不同惯性系中，同时不是绝对的，而是相对的。一个惯性系中同时发生的异地事件，在另一个相对于它运动的惯性系中看就不是同时发生的。

　　爱因斯坦认为，相对论与牛顿物理学的分水岭，不是相对性原理，而是光速不变原理。光速不变原理直接导致了同时的相对性。同时的相对性是相对论的核心观念，也是最难让人弄懂的概念。

　　爱因斯坦是光速不变原理及其推论同时相对性的唯一发现者。

　　洛伦兹不承认相对论是自己的理论。他最初反对相对论，后来才慢慢承认了相对论的正确性。

　　庞加莱则至死都没有承认相对论的正确。爱因斯坦刚提出相对论时，曾经指望得到数学大师庞加莱的支持。他在一次索尔维会议上见到了庞加莱（这是这两位伟人的唯一一次见面，不久后庞加莱就去世了）。可开完会回来后，爱因斯坦很沮丧，对他的朋友说：“庞加莱根本不懂相对论。”看来庞加莱没有赞同他的理论。

　　后来，苏黎世大学准备聘请爱因斯坦当教授，写信征求庞加莱的意见，庞加莱回复说：“爱因斯坦先生是我所知道的最有创造思想的人物之一，尽管他还很年轻，但已经在当代第一流科学家中享有崇高的地位……不过，我想说，并不是他的所有期待都能在实验可能的时候经得住检验。相反，因为他在不同方向上摸索，我们应该想到他所走的路，大多数都是死胡同；不过，我们同时也应该希望，他所指出的方向中会有一个是正确的，这就足够了。”后来的研究表明，历史与这位数学大师开了一个极大的玩笑：爱因斯坦在1905年指出的所有方向都是正确的。

　　深深影响过爱因斯坦的马赫，曾受到爱因斯坦的高度评价，但他也没有支持相对论。当时马赫还活着，他听到爱因斯坦的工作后，表示“爱因斯坦的相对论和我的思想毫无共同之处，我断然拒绝他的相对论。”真是大煞风景。不久之后，马赫就去世了。

　　综上所述，我们看到，虽然有很多人作了许多前期贡献，但爱因斯坦是相对论的唯一创建者。对于这种情况，杨振宁先生曾有过精彩的评价：“洛伦兹只有近距离的眼光，没有远距离的眼光庞加莱只有远距离的眼光，没有近距离的眼光；只有爱因斯坦具有自由的眼光，既近距离又远距离观察问题。”所以他成为了相对论的唯一创建者。