愛因斯坦81斯塔克約稿論文1907.12.4 　　1907年12月4日，約翰內斯·斯塔克的《放射性與電子學年鑒》收到了愛因斯坦的約稿論文，題為《關於相對性原理和由此得出的結論》，在這篇論文中愛因斯坦對截止當時的狹義相對論相關工作進行了整理和歸納，使其更符合教科書似的嚴謹體例，不過具體的推導和論證較以前的狹義相對論論文更為簡略，在論文的最後部分愛因斯坦還擴展提及了引力理論的基礎構想，最早涉及了廣義相對論的思想。 　　論文《關於相對性原理和由此得出的結論》可稱為狹義相對論的總結和廣義相對論的展望論文，簡稱為總結狹義和展望廣義之文，再簡略的話可以“總結展望論文”代指。 　　這篇論文共分為研究背景和研究目的介紹，以及正文的五大部分，20小節，全麵梳理了愛因斯坦當時關於狹義相對論的工作，並在愛因斯坦已發表論文的基礎上做了一定的拔高和書寫規範化，比如光速符號由V改為了現在慣用的C，根據狹義相對論質點（電子）運動學部分提出了力的定義方程，當然方程的本質在以前論文中已有發表，但愛因斯坦在這篇總結展望論文中做了形式上的變化，使其形式更加規範而已。 　　在論文的研究背景部分，愛因斯坦首先以伽利略相對性原理拉開了話題，論述了以牛頓力學為根基的經典物理學對做勻速運動或靜止狀態的慣性係是平權的、等價的： 　　“如果人們按照下列方程： 　　x′=x-υt， 　　y′=y， 　　z′=z。 　　（注：這個方程也是狹義相對論靜係和動係坐標變換的研究方程。） 　　把牛頓的運動方程從原來的坐標係變換到一個新的、相對於它作勻速平移運動的坐標係，那麼牛頓的運動方程保持它原來的形式不變（注：牛頓運動方程慣性係平權）。 　　隻要人們堅持整個物理學可以建築在牛頓的運動方程的基礎之上這一見解，那麼人們就不能懷疑自然規律可以參照於相互作勻速(沒有加速度)運動的坐標係中的任何一個，且其結果都是相同的（注：物理學慣性係平權）。” 　　接著，就是但是了，但是近期亨德裡克·安東·洛倫茲（1853年7月18日-1928年2月4日，荷蘭理論物理學家、1902年諾貝爾獎物理學獎獲得者、數學家、經典電子論的創立者，洛倫茲變換公式的最早導出者）的研究表明在運動物體的電磁動力學領域自然規律同坐標係的運動狀態有關，存在絕對的靜止參照係以太： 　　“但是，由於對亨德裡克·安東·洛倫茲的動體電動力學所作的卓越證明，自然規律同所用坐標係的運動狀態無關這一點(以後簡稱為“相對性原理”)第一次發生了同題。因為那個理論是以有一種靜止的、不動的光以太的預設為基礎的，它的基本方程在應用上述變換方程時（注：牛頓運動方程），不能轉換成同樣的形式。” 　　牛頓運動方程貌似有問題了，而洛倫茲貌似也解決問題了，但是之後還有但是，但是洛倫茲理論立論基礎的光以太實驗中卻測不到： 　　“自從那個理論（注：洛倫茲理論）被接受以來，人們必定會期待，地球相對於光以太的運動對光學現象的影響的證實將會成功。誠然，眾所周知，洛倫茲在那篇論文中指明，按照他的基本假設，如果人們在計算中隻限於那些其中僅出現相對速度對真空中光速之比υ/c的一階的項，那麼這種相對運動對光學實驗中光線傳播的影響就不會被發現。可是，邁克爾遜和莫雷的實驗的否定結果表明：在某種特定場合下，連二階效應(正比於υ2/c2)也不存在，盡管按照洛倫茲的理論基礎它是必定可以在實驗中觀測到的。” 　　即使洛倫茲的理論假設能形式上消除理論同實驗之間的矛盾，但他的解決方式也顯得比較突兀和人為，不自然，進而不和諧： 　　“大家都知道，理論同實驗之間的那種矛盾，通過亨德裡克·安東·洛倫茲和菲茨傑拉德（Fitzgerald）的假設(根據這種假設，運動物體在運動方向發生一定的收縮)可以在形式上消除。但是，在這方麵引進的這種特設假設，看來隻是一種拯救理論的人為方法；邁克爾遜和莫雷的實驗正好證明，在根據洛倫茲理論看來相對性原理不成立的地方（注：物理定律對慣性係不平權、不一樣），現象卻還是符合這個原理的（注：現象其實說明物理定律對慣性係平權、一樣）。從而給人這樣一種印象，似乎又必須拋棄洛倫茲理論，而代之以一個其基礎同相對性原理相適應的理論（注：即承認物理定律慣性係平權的狹義相對論），因為這樣一個理論允許一下子預見到邁克爾遜和莫雷實驗的否定結果（注：沒有光以太）。” 　　解決洛倫茲理論與相對性原理不合的方法其實很簡單，簡單到出乎意料，隻要重新定義時間的概念，光以太便不存在了，相對性原理也成立了，洛倫茲理論也更明晰了，一切便都豁然開朗，一切也都和諧自然了： 　　“但是，事情顯得出乎人們的意料，為了擺脫上述困難，隻需要足夠準確地表述時間概念就行了（注：狹義相對論的突破點）。需要認識的僅僅是，人們可以把洛倫茲引進的他稱之為“地方時”的這個輔助量直接定義為“時間”。如果我們堅持上述的時間定義，並把前麵的變換方程用符合新的時間概念的變換方程來代替，那麼洛倫茲理論的基本方程就符合相對性原理了。這樣，洛倫茲和菲茨傑拉德的假說就像是理論的必然結果。 　　（注：1895年洛倫茲以公式 t′=t-px/V2x-py/V2y-pz/V2z定義了對於一個在以太中運動的參照構架的地方時t′，其中t是(普適)時間，p是相對於以太構架的運動構架中的速度矢量，而r=(x，y，z)是相對於以太構架的在該點計算地方時的點的位置矢量； 　　1904年洛倫茲用一個表達式定義了地方時，該表達式在形式等同於愛因斯坦1905年6月30日狹義相對論論文《論動體的電動力學》關於時間的坐標變換表達式。） 　　隻有作為電力和磁力的載體的光以太的觀念不再適合於這裡提出的理論，因為電磁場在這裡不再以某種物質的狀態的身份出現（注：電磁場不再被看為是以太的運動），而它本身就是存在的物，它和有質物質是同一類東西，而且它也帶有慣性的特征（注：根據質能方程，電磁場具有能量也就具有慣性質量）。” 　　上述就是“總結展望論文”的研究背景部分，之後，愛因斯坦簡述了“總結展望論文”的研究目的，也即介紹了論文主要的研究內容： 　　“下麵試圖對迄今為止通過把洛倫茲的理論和相對性原理相結合而開展的工作作一總結。 　　在本文的前兩部分討論運動學基礎以及它在麥克斯韋-洛倫茲理論的基本方程方麵的應用，這裡我依據了洛倫茲的論文《科學院會議報告》（1904年）和阿爾伯特·愛因斯坦的論文《論動體的電動力學》（注：1905年6月30日的狹義相對論論文）。 　　在第一部分中，隻應用了理論的運動學基礎，我還探討了幾個光學問題(多普勒原理-光行差、運動物體引起的光的曳引)。關於這種處理方法的可能性，我仔細參考了馬克斯·勞厄先生的一次談話和一篇論文(勞厄1907)以及雅各布·勞布先生（Jakob Laub，1882年-1962年，與威廉·維恩一起在維爾茨堡大學工作）的一篇(雖然需要修正的)論文《運動媒質的光學》。 　　第三部分發展了質點(電子)動力學。為了導出運動方程，我用了上麵提到的我的論文中的同樣的方法。力是像普朗克的論文中那樣定義的。也采用了該文中質點運動方程的這樣一種變換，它允許如此明晰地顯示運動方程同經典力學運動方程的類似性。 　　第四部分探討了從相對論導出的有關物理體係的能量和動量的有普遍意義的結論。找書苑 www．ｚhaoshuyuａn.com這是在下列開創性的論文： 　　《物體的慣性同它所含的能量有關嗎？》（注：1905年9月27日的質能方程論文）和 　　《論相對性原理所要求的能量的慣性》（注：1907年5月14日的質能方程第三論文； 　　質能方程第二論文是1906年5月17日的《重心運動的守恒原理及能量的慣性》，這篇論文第二部分《關於重心運動的守恒原理》是三篇論文裡數學和物理學最復雜的部分，也是在這篇新論文裡被頻繁使用的最復雜的部分。） 　　中建立的，但這裡是用新的方法推導出來的。在我看來，這個方法可以使人特別清楚地看出這些應用同理論基礎的聯係。 　　這裡還討論了熵和溫度對運動狀態的相依關係。關於熵，我完全遵循剛才提到的普朗克的論文；關於運動體的溫度，我所用的定義同莫根森先生（注：庫爾德·馮·莫根森，Kurd von Monsengeil）關於運動的空腔輻射的論文一樣。 　　第四部分最重要的結論是能量的慣性質量。這個結果提出了這樣的問題： 　　能量是不是也具有重力(引力)質量？ 　　進一步自然還會提出這樣的問題： 　　相對性原理是不是隻適用於非加速坐標係？為了不至於完全不探討這些問題，我在本文中增加了第五部分，它包含了新的有關加速度和引力的相對論考察。（注：廣義相對論的開端和肇始。）” 　　以上就是“總結展望論文”的研究背景和研究目的的全部內容。之後，就進入了論文的正文部分。