爱因斯坦创建狭义相对论的经过(2)

他称之为两条公设，内容如下：“1．物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的那一个并无关系，（相对性原理）。”“2．任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度v运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的，（光速不变原理）。”爱因斯坦明确指出：在他的理论里，以太的概念将是多余的，因为这里不需要特设的绝对静止参照系。爱因斯坦不是象洛仑兹那样，事先假设某种时空变换关系，而是以这两个公设为出发点，推导出时空变换关系。
     他非常简洁地建立了一系列新的时空变换公式之后，立即推导出了运动物体的“长度收缩”、运动时间的“时钟变慢”、同时性的相对性以及新的速度合成法则等等，由此形成一套崭新的时空观。爱因斯坦之所以能够如此利落地摒弃旧的一套时空观，是因为他经过十年的思索，查考了一系列物理学中的矛盾，总结了各方面的事实，充分认识到绝对空间和绝对时间是人为的，多余的概念。从那篇历史文献可以看出，爱因斯坦并不只是依据以太漂移实验，他首先是从麦克斯韦电动力学的不对称性提出问题的。
     关于他对动体电动力学的注意，爱因斯坦本人在1919年写的一篇从未发表过的手稿中讲道①：“在构思狭义相对论的过程中，关于法拉第电磁感应（实验）的思考对我起了主导作用。按照法拉第的说法，当磁体对于导体回路有相对运动时，导体回路就会感应出电流。不管是磁体运动还是导体回路运动，结果都一样。依照麦克斯韦-洛仑兹理论，只需计及相对运动。然而，对这两种情况理论上的解释截然不同……想到面对着的竟是两种根本不同的情况，我实在无法忍受。这两种情况不会有根本的差别，我深信只不过是选择参考点的差别。
     从磁体看，肯定没有电场；可是从导体回路看，却肯定有电场。于是电场的有无就成为相对的了，取决于所用坐标系的运动状况。只能假设电场与磁场的总和是客观现实。电磁感应现象迫使我假设（狭义）相对性原理。必须克服的困难在于真空中光速的不变性，我最初还不得不想要放弃它。只是在经过若干年的探索之后，我才注意到这个困难在于运动学上一些基本概念的任意性上。”这里所谓的任意性大概是指“同时性”这类概念。爱因斯坦追求的目标是普遍性的自然法则。
     他在《自述》中写道：“不论是力学还是热力学（除非在极限情况下）都不能要求严格有效。渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了。我努力得愈久，就愈加失望，也就愈加确信，只有发现一个普遍形式的原理，才能使我们得到可靠的结果。我认为热力学就是放在我面前的一个范例。”哲学的思考也是引导爱因斯坦前进的重要因素。在《自述》中他这样讲道：“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里，任何想要令人满意地澄清这个悖论的尝试都是注定要失败的。清楚地认识到公理以及它的任意性实际上就意味着问题的解决。
     对于发现这个中心点所需要的批判思想，就我的情况来说特别是由于阅读了戴维、休谟、恩斯特、马赫的哲学著作而得到决定性的进展。”爱因斯坦少年时期就对哲学有兴趣。康德的《纯粹理性批判》，马赫的《力学史评》都给了他深刻的影响。1902年前后，爱因斯坦和几个年轻朋友组成“奥林比亚科学院”每晚聚在一起，研读斯宾诺莎、休谟、彭加勒等人的科学和哲学著作。斯宾诺莎关于自然界统一的思想，休谟的时空观，马赫对牛顿绝对时空观的批判都引起爱因斯坦极大的兴趣。
     爱因斯坦在《论动体的电动力学》一文的最后，推导出了电子质量随速度变化的关系和电子的动能公式，并由电子速度等于光速c时动能变为无穷大的结果预言电子速度不可能大于光速。1905年晚些时候，爱因斯坦又发表了一篇论文，题为《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，第一次提出了相对论的质能转化关系。“物体质量是它所包含的能量的量度。”“如果能量改变L，则质量也要同时改变L/（9×10²⁰）（即L/c²，这里用的是CGS单位）。”