爱因斯坦的《狭义与广义相对论浅说》
爱因斯坦的相对论，这个名字对我们每一个人来说，一定不会陌生。可是内容呢？那可不一定。也许我们的年轻读者会说，“那是一个多么难的物理理论啊！我们怎么看得懂呢？”真的，要学习相对论，可不是一件容易的事，单看看书里出现的数学工具吧！张量分析，微分几何，……要学到这个程度，可不是一天两天的事儿。可是，另一方面，相对论的主要结论，比如光速是极限、时间会膨胀，又已经渗入到科学的很多领域，在各种问题中都可以感觉到它的存在；更不用说相对论所涉及的精深的物理思想，对于每个对科学感兴趣的人来说，都是极其宝贵的、带有强烈启发意义的科学遗产。可以说，相对论已经成了现代科学的一个不可须臾缺少的组成部分，没有相对论，就没有现代科学。但很显然，并不是每个人都有能力、有机会，甚至有必要对相对论作专门的研究的。那么，有一本为一般读者准备的、深入浅出地介绍相对论的书吗？有！爱因斯坦自己就写了这样一本，书名叫《狭义与广义相对论浅说》。（杨润殷译，1964年上海科学技术出版社出版，以后又重印过很多次）
这可是一本著名的书。它的英文原本，从1920年到1955年为止已经出了15版。科技出版社的内容介绍上称它为“经典著作”，真是一点也不过分。一本通俗读物会成为经典著作吗？听起来好像不可能。实际上，介绍相对论的通俗读物很多，可是唯有这一本，占有特别重要的地位。不但一般读者要读它，物理学家和专业工作者也要读它。这不仅是因为这本书出自相对论创立者爱因斯坦自己之手，而且这本书真正做到了准确地、易懂地介绍了相对论，尤其是这一理论的概念体系。这本书常从经典力学和日常生活中的例子出发，经过分析，提出尖锐的问题，引向深刻的结论。相对论不是一门好懂的学问，但是经过作者一讲解，概念变得那么自然，推理变得那么清晰，没有学过相对论的读者，可以通过它对相对论作一概略的、但毫不走样的了解；已经学过的人，通过它会发现自己对很多关键问题理解得还不够深刻；真正的专家在阅读它的时候，则可以得到一种美的享受，从中领会到科学大师考察问题的方法和处理问题时所显示出来的非凡风度。
这本书篇幅不长，和牛顿的《自然哲学的数学原理》一样，也分为三篇，即狭义相对论、广义相对论和关于整个宇宙的一些考虑。
第一部分狭义相对论是全书的重点，篇幅占全书一半以上。粗略地说，这一部分可以分为三个层次。爱因斯坦先从经典物理学谈起。他谈的都是我们平时在物理学的学习中最熟悉的，也可能很多读者认为是最简单的概念：什么是位置，怎样测量时间，等等。你一定以为那一定是老生常谈，一定很枯燥。如果真这样认为，你就大错特错了。你会觉得他的每一步推理都很简单，都用不着多做思考，多作讨论，但几步以后你会发现，你被作者引进了一个困难的处境，你进退两难啦！于是转入第二个层次的叙述。作者从物理学的时间观这样一个核心问题入手，一下子抓住了刚才困难局面的要害。第七节是光的传播定理和相对性原理的表面抵触，第八、第九两节就通过消除这种“表面抵触”引进了时间概念的革命。原来，在两个相对做匀速运动的坐标系里，时间的进程是不一样的。要把“一个”时间换成“另外一个”时间，必须利用一个挺复杂的式子t'=（t-
X）/
。这个公式最早是由洛伦兹提出来的，所以叫做“洛伦兹变换”。这种变换不止一个，而是有一套，第十一节向你详细地介绍这种变换。它告诉我们，在高速运动的坐标系里，时间流逝得要慢些——这可能吗？我们很多人坐过飞奔的火车，乘过转瞬即逝的飞机，可是谁也没觉得时间变慢了呀。——别急，注意着上面的式子，式子里不是有V/C的项吗？原来，这儿谈论的速度，都是在和光速相比较的意义上而言的。和每秒30万公里的光速比起来，每小时100公里的火车就同静止的差不多。换句话说，上面式子里的V/C几乎等于零。用V/C=0代进上面的变换式试试，t'=t，这就是我们日常生活中体验到的情形。原来，狭义相对论是在物体运动速度极快，快到可以和光速比拟，也就是V/C明显地不等于零情况下的物理学。注意，它不是一些孤立的效应，而是一门完整的物理学，第十五节就向我们介绍了狭义相对论的普遍结果。然后，文章转入第三个层次，即经验和狭义相对论，或者说，“狭义相对论在多大的程度上获得了经验的支持呢？”值得注意的是，这一节是第一部分17个小节中最长的一节。在爱因斯坦着手准备这本书的草稿时，他还没有很多的材料表明相对论的结论与经验事实一致，但他仍以极大的注意力论述了这一问题。这是因为，在物理学家看来，与经验事实的一致性，是物理理论的真理性的最高、最后，也是最决定性的判决。通过这三个层次的论述，爱因斯坦把狭义相对论的缘起、主要内容和实验验证作了最清晰、最深刻的介绍。
第二部分12节，论述广义相对论。这是理论中更为困难的一个部分。据说著名的物理学家、广义相对论的一个重要实验验证的组织者爱丁顿有一次被告知说，全世界一共只有三个人，包括爱因斯坦本人在内，懂得相对论。他听了沉默了很久。别人问他在想什么呢，他回答说：“我正在想第三个是谁呢！”
当然，相对论也并非那么难。从狭义相对论与广义相对论的关系出发，爱因斯坦把问题说得非常清楚。第二十节中，爱因斯坦介绍了他的著名的“爱因斯坦电梯”：一个以匀加速运动上升的电梯。对于在这个电梯里的人说来，他的感觉就好像处在一个引力场中一样。然后分析“惯性质量”和“引力质量”两个概念。这时你会看到，你认为最没有问题，最简单的概念，质量，就是“物质的量”里面，还有很多需要进一步澄清的事。当然，要严格表述广义相对论原理仍远非易事，爱因斯坦于是又花了7个小节做准备，并在第二十八节中作了严格表述。(https://www.daowen.com)
广义相对论主要用在空间结构和引力场等问题上，它的实验验证更为复杂，爱因斯坦在本书写作时尚未得到这方面的证据，所以他作了一个预言，预言遥远的恒星射向地球的光在太阳附近会因为太阳强大的引力场发生偏转：以掠入方式经过太阳的光线的偏转值可能高达1.7″。——光线在通常看来是一无所有的空间会转弯，这可是件令人吃惊的事。1919年5月29日英国天文学家专门为此做了实验，结果非常出色，相对论的普遍结论无可怀疑地进入了物理学。
第三部分很简短，是关于宇宙结构的、从广义相对论出发的一种讨论，在附录中又增加了两个片断。我们记得牛顿的《原理》也是以一个讨论“世界体系”的第三部分结束的。现在我们非常有趣地发现，标志着经典物理学终结的相对论，在《浅说》中也是这样。
爱因斯坦在本书的序言里希望，这本书能为读者带来“愉快的思考”。这是真的。我们从这本书里，不只是学到了一些死的东西，相对论和与之相联系的结论，而且学到了更多活的东西，即怎样思考。物理学绝不是一种已有的公式、数据、定理和实验事实的堆积，它是一种探索，它应该表现为人从不知到知，从知之不多到知之甚多的探索过程。《浅说》的特点是，作者没有把自己作为相对论的创建者，一个和他的读者不可比拟的伟大人物来教导他的读者，而是和他的读者一同思索，一同探究自然的奥秘，让读者领会到探索的艰辛，也享受发现的愉快。在爱因斯坦度过他后半生的普林斯顿大学老物理楼二楼休息室的壁炉上方，镌着爱因斯坦的名言：“上帝高明，但无恶意。”他坚信物理世界是深奥复杂的，但决不会与探索者为敌。只要沉着、积极地探求，人一定能发现、能掌握其中的规律。
原载《名著集》，科学普及出版社1987年版
