广义相对论论文题目

发表了 在大学期间

我记得是六篇,具体的就不记得了。

假设你在一艘豪华游轮上旅行，这艘游轮在海上开的速度很快，但是它非常平稳，没有任何颠簸。游轮上有个全封闭的大厅，里面有游泳池有球场，你甚至还可以在里面做物理实验。 那请问，在不和外界发生任何联系的情况下，你能判断出这艘游轮是在前进还是静止不动吗？ 无法判断，所以， 匀速直线运动和静止没有本质区别，速度都是相对的。 这个其实就是相对论，这就叫“伽利略的相对论”。广义相对论的时候你还会知道，其实不一定是匀速直线运动，加速运动跟静止也没有本质区别…… 力只能带来*加*速度，单纯的速度跟力无关。匀速直线运动和静止都没有力，所以物理定律在游轮和地面是一样的。 假设站在游轮上的你不是向游轮前方射出一支箭，而是用手电筒打出一束光，你猜这束光的速度应该怎样。相对于你来说，光速是每秒30万公里。 那既然你跟站在地面上的我的相对速度是每小时360公里 —— 也就是每秒公里，根据刚才伽利略的算法，我眼中这束光的速度就应该是每秒30万.1公里，对吧？ 物理学家发现，不是这样的。不管你跟我的相对速度有多快，我测量和你测量这束光的速度”都是每秒30万公里“！ 1860年代初期，麦克斯韦提出一组总共四个方程，来描写*所有的*电磁现象。这就是著名的麦克斯韦方程组，它们写出来非常漂亮 —— 前三个方程分别说的是（1）电荷产生电场；（2）没有磁荷；（3）变化的磁场也能产生电场。第（4）个方程右边的第一项说的是电流产生磁场，所有这些都是当时已知的物理知识。 我们重点说说它的第二项。这一项就是麦克斯韦的独特发现。一方面，是麦克斯韦考虑电和磁之间应该有一个对偶的关系。那既然法拉第的实验证明变化的磁场能产生电场，变化的电场是不是也能产生磁场呢？另一方面，这一项也是让方程组在数学上自洽、让电荷数守恒的要求。这一项，就是说变化的电场也能产生磁场。 后来人们用实验证明麦克斯韦是对的。但是请注意，麦克斯韦这个发现纯粹是理论推导出来的！这就好比说一个侦探，听取了各方的信息之后突然就推断出来一个人们意想不到的结论。而麦克斯韦用的仅仅是数学。 好，现在麦克斯韦知道 —— * 变化的磁场能产生电场 * 变化的电场又能产生磁场 那首先你就能看出来，电和磁其实在某种程度上是“一回事儿”，电场和磁场可以互相产生，就算没有电荷，用磁场也能产生电场。 但麦克斯韦紧接着想到，如果我用线圈弄一个震荡的电流，产生一个周期变化的磁场，那么这个周期变化磁场就能产生一个周期变化的电场，而这个周期变化的电场又能产生新的周期变化的磁场……以此类推，岂不是说这个电磁场可以一直传播下去吗？ 这就是电磁波！二十多年以后人们真的在实验中制造了电磁波，给后世生活带来巨大的影响，不过麦克斯韦在意的不是电磁波的实用价值。麦克斯韦可以用他的方程组直接计算这个电磁波的传播速度。他算出来电磁波速度，发现跟光速，它们的数值是一样的！ 而现在麦克斯韦计算得出的电磁波的速度正好是光速，于是麦克斯韦大胆宣称，光，其实就是电磁波。后来人们证实果然是这样，我们平时所见的可见光无非就是特定频率的电磁波而已。 这是物理学家再一次看破了红尘。天上的东西和地上是一回事儿，匀速直线运动和静止是一回事，电和磁是一回事儿，而现在麦克斯韦说，光跟电磁场，其实也是一回事儿。 这么一来，物理学的逻辑结构就变得更简单了。牛顿力学加上麦克斯韦电磁学，身边的一切物理现象等于是都被理解了。这绝对是英雄的壮举。 但是这个成就里边有一个危机。 那麦克斯韦方程组解出来的光速是相对于谁呢？这个问题可以有两种答案。 老百姓的直觉是，光速肯定是相对于光源的。你打开手电筒射出去一束光，那这个光速肯定是相对于手电筒啊 —— 但是这个说法很快就被物理学家给否定了。 宇宙中有一种“双星系统”，就是两个临近的恒星互相绕着对方旋转，谁也离不开谁。从我们这里观察，就总有一颗恒星在向着我们运动，另外一个恒星向着我们相反的方向运动 ——可是天文学家观测了各种双星系统，从来都没有看到任何延迟。两个恒星的光速始终都是一样的！ 这说明光速跟光源的速度无关。物理学家对此并不感到惊讶，因为电磁波本来就是脱离最早产生它的电荷和电流而独立存在。波，毕竟不是射出去的箭。 物理学家设想，光其实是遍布宇宙空间的某种介质的波动，而光速就是相对于这个介质的速度……可是当时的人万万没想到，这个解释的问题更大。 好，水波是相对于水面的运动，声波是相对于空气的运动 —— 那既然光作为电磁波也是一种波动，它就也应该是相对于某种介质的运动，对吧？ 这个假想中的介质，就被称为“以太”。 那以太到底是一种什么东西呢？物理学家可以推算它的性质。 首先，既然我们能看到来自宇宙各处的星光，以太就必须遍布整个宇宙空间，无处不在。 其次，以太肯定是一种非常稀疏的物质。这是因为我们完全感觉不到它的存在，各种东西都是该怎么运动就怎么运动，以太不构成障碍。 但同时以太又必须得是一种很坚硬的东西。这是因为物理学家早就知道，波的传播速度跟介质的坚硬程度有关：介质越硬，波速就越快，比如声波在水里的速度就比在空气里快。 又很稀疏，又很坚硬，以太这个东西不是太奇怪了吗？ 更严重的问题是，如果以太真的存在，那物理学家关于“匀速直线运动和静止没有区别”这个信念，可就错了。我们完全可以说“相对于以太的静止”就是绝对的静止，它跟运动有本质的区别。 咱们还是回到那艘豪华游轮上。你做力学实验的确无法判断船是在运动还是静止，但是现在你可以做一个电磁学实验！你打开手电筒制造一段光线，然后你测量一下它的速度。只要船在相对于以太运动，你就一定能找到一个方向，正好是船运动的方向，在这个方向上，光速比其他方向要慢一些！那只要你能找到一个光速变慢的方向，不就证明船是在运动了吗？ 我们的地球就是这艘船。既然地球在公转，它就肯定是在运动。那如果以太存在，我们就一定能找到一个让光速或者稍微变大、或者稍微变小的方向，对吧？ 美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊（Albert Michelson）发明了一个特别漂亮的测量光速变化的方法。他把一束光分成两束，在垂直的两个方向前进，走过同样的距离，经过镜子反射之后再回来。如果光速在两个方向上是一样的，两束光就会形成一个完美的干涉条纹。但是只要这两束光的速度有一点点不一样，这个干涉条纹也会被破坏。这个装置足以发现极其微小的速度差异，现代人发现引力波的实验装置也是用了这个原理。 这就是发生在1887年的“迈克尔逊-莫雷实验”。实验结果是地球上的光速在所有方向上都是一样的。 这也就是说根本就没有以太。 这也就是说光根本不需要介质，就能在空间传播。 这也就是说匀速直线运动和静止还真是没有本质区别。 但这也就是说，物理学家还是不知道光速到底是相对于谁的。 1887年，全体物理学家都陷入了困惑。他们还得再等18年才能知道答案。而提供答案的人，现在才只有8岁。 1900年。排前三名的学生都得到了正式的教职，从此就是职业科学家。而爱因斯坦和米列娃却不得不为生计奔忙。两人又有了孩子，爱因斯坦为了养家糊口还去给人当了一阵家庭教师，后来好不容易在专利局找到了一个低级的工作。这就是爱因斯坦在1905年之前的生活状况。 爱因斯坦16岁就写了第一篇物理论文，这篇论文的题目就是……《磁场里以太的状态的研究》。他就问了一个问题，说如果我以光速在运动，那我看到的光，会是什么样的呢？难道光会是静止不动的吗？ 当时爱因斯坦就说，他认为不会是那样 —— 他说根据麦克斯韦的理论，不管我是什么速度，我做实验弄出光波来，光波还是会以光速在运动。 现在我们一般把1905年称为“爱因斯坦奇迹年”。我记得2005年的时候，物理学家们还专门组织活动纪念爱因斯坦奇迹年的一百周年 —— 别的名人都是纪念诞辰或者逝世多少周年，而爱因斯坦应该按照奇迹年纪念。 伯尔尼瑞士专利局的助理鉴定员阿尔伯特·爱因斯坦，利用业余时间开展科学研究，于1905年发表了六篇物理学论文。其中四篇，用物理学家杨振宁的话说，引发了人类关于物理世界的基本概念 —— 时间、空间、能量、光和物质 —— 的三大革命。 1905年6月9日，爱因斯坦发表《关于光的产生和转变的一个启发性观点》。当时物理学家认为光是一种连续的波动，而爱因斯坦在这篇论文里针对“光电效应”这个现象，提出一个解释，说光的能量不是连续变化的，而是一份儿一份儿的 —— 是“量子”化的。这篇论文开启了量子力学。 7月18日，爱因斯坦发表《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动》，解释了布朗运动。人们一直都在猜测世间的物质都是由分子和原子组成的，但是因为分子原子的尺度太小，显微镜根本看不到，一直没有直接的证据。而在将近80年前，英国植物学家罗伯特·布朗用显微镜观察到水面上的花粉颗粒一直在做永不停息的不规则的运动。爱因斯坦这篇论文说，花粉之所以会动，那是水分子的热运动在不停地推它的结果 —— 而且他能据此准确计算水分子的性质。这篇论文是人类第一次实锤证明了分子和原子的存在。 9月26日，爱因斯坦发表《论运动物体的电动力学》，这篇论文就是狭义相对论。 11月21日，爱因斯坦发表《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》，这篇论文用狭义相对论推导出现在尽人皆知的公式 —— E = mc^2，并据此说明质量和能量其实是一回事儿。 这些论文实在太革命，它们刚出来的时候都让物理学家有点儿懵。但是短短几年之后，就获得了实验上的证实，并且被普遍接受。到1921年，讲光电效应的那篇论文还得了一个小奖，叫“诺贝尔奖”。 我有时候就想，如果把一个现代物理学家穿越到1905年去，他敢不敢用这个速度发表那些论文，敢不敢一个人独占这么多革命的荣誉 —— 我觉得小说都不敢这么写。 没错，爱因斯坦是专门来改变世界的。 麦克斯韦电动力学解出来的光速，到底是相对于谁的。实验证明光速与光源的速度无关，而以太不存在，地球上哪个方向的光速都一样。那这件事儿你到底怎么面对。 爱因斯坦提出相对论的论文题目叫做《论运动物体的电动力学》，直接说的就是光速危机。爱因斯坦的解决方案是一个拨云见日的断言 —— 一切匀速直线运动或者静止的坐标系下，物理定律都是一样的，句号。 这句话叫做“相对性原理”。它是伽利略相对论的推广。伽利略说*力学*在一切匀速直线运动和静止的坐标系中是一样的，而爱因斯坦现在说不用非得是力学，一切物理定律 —— 包括电动力学 —— 都是一样的。 这也就意味着，不管你是站在地面静止不动，还是在飞奔的高铁上，还是在以接近光速飞行的宇宙飞船上，当你看到一束光的时候，这束光的速度永远都是 c。 那怎么会是这样呢？难道不同坐标系下的速度不应该叠加吗？难道我迎着光走的时候光速相对于我不应该更快一点吗？ 爱因斯坦说，不是。不是光有问题，是你的时空观有问题。 3.时间的膨胀 只要你坚信相对性原理和光速不变，狭义相对论的各个结论就都可以用数学推导出来。 咱们现在来做一个思想实验，看看真实时空的一个小秘密。 下面这张图中是个长条形的盒子。盒子的一端（A）有一个发射装置，它可以在垂直方向发射一个光脉冲，另外一端（B）是一面镜子。我们要研究的就是光从盒子的一端出来，到达镜子，然后再反射回来，这么一个过程。 为此，我们首先要定义两个“事件”。在相对论里时间和空间都是相对的，但是事件是绝对的，发生了就是发生了，没发生就是没发生。 我们把光离开盒子的发射端这件事儿称为“事件1”，把光经过镜子反射之后又回到这个地方，称为“事件2”。我们假设盒子两个端点之间的距离是 L。 好。现在请问，事件1跟事件2这两件事之间，间隔了多长时间呢？ 如果你跟盒子是在同一个坐标系内 —— 也就是说，盒子相对于你是静止的 —— 那么答案非常简单，小学生都会算：光走的路线是两倍的 L，而光速是 c，所以时间是 Δt = 2 L/c. 但是，如果你跟盒子不在同一个坐标系内，答案就不是这样了。我们假设你站在地面不动，而盒子相对于你，以速度 v 在水平的方向上有一个运动，如下图 ——斜边总是比直角边长，D > L，所以 Δt' > Δt。也就是说，地上的旁观者看到两事件的间隔要长，跟随盒子运动的人经历两事件可能只要10年的时间时，地上的旁观者经历两事件的时间却可能需要30年。所以，相同的两事件间，运动的物体经历的时间要地球上短，少，也就是说，相比地球上的时间变慢了。而地球上的时间相比运动的飞船上的时间变快了（以运动的飞船上的时间为标准时间，无论是飞船上还是地面上，时间的间隔变化快慢却是一样的）。 1941年，物理学家拿μ子验证了相对论。华盛顿山的高度大约是2公里。这些 的μ子从山顶到达山底大约需要走微秒。如果这些高速μ子的半衰期跟静止μ子一样，那么这微秒可是好几个半衰期，山底收集到的μ子数应该是山顶的 分之一。实验结果，山底收集到的μ子数是山顶的 分之一。这些μ子真的通过高速运动保持了青春 —— 这正是相对论预言的结果，数值丝毫不差。 1979年物理学家又做了一次实验，他们用欧洲核子中心的粒子加速器把μ子加速到了，结果这些μ子的平均寿命就被延长了倍！ 相对论不但正确，而且非常精确。 如果永远不联系，你在飞船的生活跟我在地面的生活就没有任何区别。可是一旦要联系，咱俩的数字就非常不一样。而所有这些不一样，又恰恰是因为光速在所有坐标系下都一样。 相对论是如此地让人不好接受，却又是如此的简单。 跟时间膨胀相对应的一个效应是“长度收缩”。 飞船开始出发和飞船到达目的地的两事件中，由于在我们看来还是在他看来，飞船相对于这段距离的飞行速度可是一样的，所以，当乘以不同的时间间隔，就造成了运动的飞船所经历的路程变短（相比地面的看到的路程）。我们还是说宇航员。同样是一段距离，我们在地面看他应该飞25年才能到，在他自己看来，飞15年就到了。而且请注意，不管 那么这就意味着，宇航员看到的这个距离，比我们看到的要短。 所以，长度是个相对的概念。一个物体的长度在相对于它静止的坐标系中是最大的，如果你跟它有一个相对的运动，你会觉得它比静止的时候短一些。这就是长度收缩。

爱因斯坦因他的光子理论而获得诺贝尔物理学奖。其实爱因斯坦对相对论的贡献远为重要，但是诺贝尔评奖委员会对激进的相对论持谨慎的态度。事实上迄今诺贝尔奖从未为理论相对论家颁发过。引导爱因斯坦以及后代科学家生涯的最大动机，不是财富，不是名声，也不是别的更高尚的目标。他们的主要动机是科学的好奇心和科学的美学。 爱因斯坦是历史上继牛顿之后最伟大的科学家。他是狭义相对论的重要发现者，他对量子理论的创立具有重大的贡献，而广义相对论，亦即现代引力论的建立，则应全部归功于他。 十九世纪末期，麦克斯韦成功地把电学和磁学统一在他的电磁理论中，从他的方程推导出，电磁波在真空中传播的速度刚好是光速，于是他断定光波应是电磁波的一种。麦克斯韦因为家族遗传的疾病，只活了四十八岁，因此没有看到电磁波实验的成功。在牛顿的绝对空间、绝对时间以及伽利略的旧的相对性原理框架中，只有以无限速度运动的物体，在相对匀速运动的坐标系中才具有相同的速度，即无限速度。而牛顿的万有引力认为是以无限速度传递的，所以在麦克斯韦之前，牛顿物理学被认为是自洽的，而电磁波是以有限速度传播的，在旧的相对论框架中，它的速度会因坐标系的选取而改变，这样他的方程只能在一个特定的坐标系中成立，这个坐标系被认为是相对于一种称为以太的媒介静止。于是寻求以太的存在便成为科学的主题。迈克尔逊 —— 莫雷实验的结果否认了以太的存在。爱因斯坦在 1905 年发表了一篇题为 “ 运动物体的电动力学 ” 的论文，指出如果将时间和空间组成四维的时空，而在参考系进行相对匀速运动时，时空坐标遵照所谓的洛伦兹线性变换，则一切物理定律包括麦克斯韦方程都应采取相同的形式。这样一来，以太的存在便完全是多余的。爱因斯坦在发 表狭义相对论之前是否知悉迈克尔 —— 莫雷的实验仍是科学史上的一个悬案。 这篇论文抛弃了牛顿的绝对时空观，导致物理学上的一场革命。由洛伦兹变换导出的尺缩、钟慢以及双生子佯谬都和人们的直觉相抵触。而著名的质能等效公式则是核能乃至核武器的理论根据。 1900 年普朗克为了解决黑体辐射的紫外灾难问题，提出了辐射的量子理论，即是光辐射必须采取一种称作量子的波包形式。但是只有在爱因斯坦提出光子理论之后，人们才真正接受光可以粒子即光子的形式存在。普朗克曾经是爱因斯坦关于狭义相对论第一篇论文的审稿人。既然光波可以作为粒子而存在，那么电子等物质粒子能否以波动而存在呢？这是法国的一名研究生德 · 布罗依的设想，爱因斯坦得知后立即支持这一激进的假说。这些都是量子理论发现的前奏。爱因斯坦因他的光子理论而获得诺贝尔物理学奖。其实爱因斯坦对相对论的贡献远为重要，但是诺贝尔评奖委员会对激进的相对论持谨慎的态度。事实上迄今诺贝尔奖从未为理论相对论家颁发过。终其一生，爱因斯坦从未接受量子理论为终极理论，他认为量子力学只是一种唯象理论，而终极理论必须是决定性的。我们知道，就现状而言，量子力学并不自洽。它仍然在忍受着爱因斯坦 —— 罗逊 —— 帕多尔斯基佯谬的折磨。近年的一些研究似乎在一定程度上解脱了薛定谔猫佯谬对它的折磨。 狄拉克把狭义相对论和量子力学相结合，得到了极富成果的量子场论。量子场论是描述一切微观粒子的理论框架。从狄拉克方程可以场论。量子场论是描述一切微观粒子的理论框架。从狄拉克方程可以推导出反粒子的概念。量子电动力学可能描述电子、光子、正电子的 湮灭、创生和相互转变。人们由此进而发展出当代粒子物理学。 爱因斯坦说过，如果他不发表狭义相对论，则在五年之内必有他人发表。其实当时洛伦兹和彭加莱已经非常接近这个结果了。可惜洛伦兹无法挣脱旧的时空观，而彭加莱又主要是一位杰出的数学家，因此只有眼光敏锐、思维深邃的爱因斯坦担任这项历史任务。值得提到 的是，当时洛伦兹已是世界闻名的物理学家，彭加莱是法国首位数学家，而爱因斯坦大学毕业后，连中学教员的职务都找不到，借助朋友介绍才在伯尔尼专利局任一名职员。 他接着说，如果他不在 1915 年发表广义相对论，则人们至少得等待五十年。这个估计是非常合情理的。广义相对论是狭义相对论和引力论相结合的成果。它的一个实验基础是伽利略在比萨斜塔进行的自由落体实验，即引力质量和惯性质量的等效性。但是为了充分阐释其物理含义，人们等待了三百年之久，也就是等待到广义相对论的发现。所以若不是爱因斯坦，再等待五十年是很有可能的。我们在浏览爱因斯坦文集第六卷时，就可以看到他所进行的多次不成功尝试，这是人类理智的蹒跚学步。他认为引力场和其他物质场不同，它是以时空的曲率来体现的，物质使时空弯曲，而时空又是物质的载体，脱离物质的时空曲率即是引力波。所谓广义相对论原理即是，物理定律对任何坐标变换都采用相同的形式，而狭义相对论原理是，物理定律只对任坐标变换都采用相同的形式，而狭义相对论原理是，物理定律只对任何洛伦兹线性变换都采取相同的形式。引力场由所谓的爱因斯坦方程所制约。它是非线性的，有别于以往所有的场方程。所以物质的运动方程被爱因斯坦方程所隐含。引力场方程是二阶的，以时空为自变量，以度规为因变量的带有椭圆型约束的双曲型偏微分方程。其复杂而美妙对任何曾与之打交道的人都留下深刻的印象。 在广义相对论的框架内，爱因斯坦进行了引力红移、水星近日点进动以及光线受引力场折射等计算。而他关于光线在太阳引力场附近受到折射的预言在 1919 年西非日食的观测中得到证实。他的方程如此难解，以至于他在这些计算中，使用的只是一个近似解，所依赖的主要是他的无比的物理洞察力。而球面对称的准确解 —— 史瓦兹解是在此之后才找到的。 他首次用引力场方程来研究宇宙的整体，开创了理论宇宙学的新学科。可惜由于稳态宇宙的观念是如此根深蒂固，使他拒绝了演化宇宙的解，他还为此在场方程中引进一项宇宙常数，从而人类失去了一项重大的科学预言机遇！ 1929 年哈勃观察到星系光谱红移和距离的线性关系，即所谓哈勃定律。人们把红移归结于宇宙的膨胀，并断言宇宙是由于一百多亿年前的一次大爆炸产生的，这就是所谓的标准的大爆炸宇宙学。 他的场方程还得出紧致物体的引力坍缩的解，即史瓦兹解及其推广，这就是描述黑洞的解。但是爱因斯坦认为物质不可能如此紧致，并著文认为这是荒谬的。但是历史证明，黑洞是天体物理中最重要的物体，近年天文观测，使人们普遍认为在星系中心存在巨大质量的黑洞。事实上，宇宙本身和黑洞正是理论物理学最美妙的研究对象。如果撇开宇宙和黑洞，则物理学的光彩将会大为逊色！ 爱因斯坦在布朗运动、作为激光机制的基础的辐射理论、玻色 —— 爱因斯坦统计及其凝聚现象都有关键性贡献。他和玻尔有关量子力学的论争是科学史上旷日持久的影响深远的事件。他坚信自然界中的一切相互作用都可统一成一种作用。统一场论是科学皇冠上的钻石！当代的超对称、超引力、超弦理论都是统一场论路途上的种种尝试。 相对论在近四十年来有了长足的进展，尤其经典相对论已成为成熟的学科。相对论在近世的进步，主要归功于彭罗斯和霍金。彭罗斯利用全局分析以及拓扑工具，赋予高深的相对论计算以鲜明的物理意义，以他命名的彭罗斯图对于时空犹如费因曼图对于粒子物理那样重要。霍金和彭罗斯一道证明了奇胜定理。他单独证明了黑洞面积定理以及黑洞视界面积代表黑洞的熵。他的黑洞蒸发理论把量子场论、广义相对论以及统计物理统一起来，其理论的瑰丽，犹如一道佛光，令人目眩神摇。而他的量子宇宙学的无边界假说，是研究宇宙创生的科学理论。 利用全局分析以及拓扑工具，赋予高深的相对论计算以鲜明的物理意。 笔者认为，引导爱因斯坦以及后代科学家生涯的最大动机，不是财富，不是名声，也不是别的更高尚的目标（尤其是财富和名声可以凭借其他更快捷的手段获取）。他们的主要动机是科学的好奇心和科学的美学。我们可以在历史中找到许多例子，有多少人恰恰是为了科学牺牲世俗中的健康、财富和名声。但是普天之下人们所拥有的一切除了科学发现和艺术创造的喜悦之外都是可能被剥夺的。人类对好奇和美的不懈追求将把人类带向更美妙的未来！ 写于爱因斯坦一百二十周年生日前夕 -- 这一次我执著面对 任性地沉醉 我并不在乎 这是错还是对 就算是深陷 我不顾一切 就算是执迷 我也执迷不悔

没有！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！＃·％％￥％……—￥……＊（……—……＊（＊）—＊……—＊—￥＊％……￥……％＃￥％＃￥＃￥＃＊……￥＊ 分子大小的新测定（博士论文） 1905年4月30日完成 1905年7月20日递交 1905年8月19日接收 1906年正式刊出 2 热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小 1905年 粒子的运动（布朗运动） 3 论动体的电动力学 1905年 4 物体的惯性与它所含的能量有关吗 1905年 5 关于光的产生和转化的一个试探性观点 1905年

广义相对论基本原理 由于惯性系无法定义，爱因斯坦将相对性原理推广到非惯性系，提出了广义相对论的第一个原理：广义相对性原理。其内容是，所有参考系在描述自然定律时都是等效的。这与狭义相对性原理有很大区别。在不同参考系中，一切物理定律完全等价，没有任何描述上的区别。但在一切参考系中，这是不可能的，只能说不同参考系可以同样有效的描述自然律。这就需要我们寻找一种更好的描述方法来适应这种要求。通过狭义相对论，很容易证明旋转圆盘的圆周率大于3。14。因此，普通参考系应该用黎曼几何来描述。第二个原理是光速不变原理：光速在任意参考系内都是不变的。它等效于在四维时空中光的时空点是不动的。当时空是平直的，在三维空间中光以光速直线运动，当时空弯曲时，在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。可以说引力可使光线偏折，但不可加速光子。第三个原理是最著名的等效原理。质量有两种，惯性质量是用来度量物体惯性大小的，起初由牛顿第二定律定义。引力质量度量物体引力荷的大小，起初由牛顿的万有引力定律定义。它们是互不相干的两个定律。惯性质量不等于电荷，甚至目前为止没有任何关系。那么惯性质量与引力质量(引力荷)在牛顿力学中不应该有任何关系。然而通过当代最精密的试验也无法发现它们之间的区别，惯性质量与引力质量严格成比例(选择适当系数可使它们严格相等)。广义相对论将惯性质量与引力质量完全相等作为等效原理的内容。惯性质量联系着惯性力，引力质量与引力相联系。这样，非惯性系与引力之间也建立了联系。那么在引力场中的任意一点都可以引入一个很小的自由降落参考系。由于惯性质量与引力质量相等，在此参考系内既不受惯性力也不受引力，可以使用狭义相对论的一切理论。初始条件相同时，等质量不等电荷的质点在同一电场中有不同的轨道，但是所有质点在同一引力场中只有唯一的轨道。等效原理使爱因斯坦认识到，引力场很可能不是时空中的外来场，而是一种几何场，是时空本身的一种性质。由于物质的存在，原本平直的时空变成了弯曲的黎曼时空。在广义相对论建立之初，曾有第四条原理，惯性定律：不受力(除去引力，因为引力不是真正的力)的物体做惯性运动。在黎曼时空中，就是沿着测地线运动。测地线是直线的推广，是两点间最短(或最长)的线，是唯一的。比如，球面的测地线是过球心的平面与球面截得的大圆的弧。但广义相对论的场方程建立后，这一定律可由场方程导出，于是惯性定律变成了惯性定理。值得一提的是，伽利略曾认为匀速圆周运动才是惯性运动，匀速直线运动总会闭合为一个圆。这样提出是为了解释行星运动。他自然被牛顿力学批的体无完肤，然而相对论又将它复活了，行星做的的确是惯性运动，只是不是标准的匀速圆周而已。