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## 向现代物理学的过渡中的相对论

19世纪的科学家不满足于用麦克斯韦方程组来解释电磁现象，热衷于采用机械模型来说明问题，即使是麦克斯韦本人也不例外。以太被引入作为真空中传播电磁波的介质。A.A.迈克耳孙与F.W.莫雷设计了精巧的实验来验证物体和以太的相对运动，取得了负的结果。A.爱因斯坦提出了狭义相对论（1905），其物理洞见在于摒弃了不必要的以太假设，肯定电磁学的规律对于一切惯性参考系都是成立的，且具有相同的形式，真空中的光速不变，不同惯性系之间的变换关系为洛伦兹变换。众所周知，经典力学对于惯性参考系才成立，而不同惯性系之间的变换关系为伽利略变换。这样经典力学和经典电磁学之间就存在矛盾。爱因斯坦肯定了经典电磁学，而对经典力学做了相应的修正，摒弃了牛顿的绝对的时空观，认为空间、时间与运动有关，并首创性地提出了质量与能量的对等关系，将牛顿力学修正后成功地应用于物体高速运动的情形。牛顿力学的另一局限性表现在它不能圆满地解释强引力场中物体的运动，这从它无法定量解释水星轨道近日点的进动问题而初露端倪。另一个带根本性的问题是它对万有引力的存在没有任何理论解释。爱因斯坦创立了广义相对论。这一理论的出发点在于肯定惯性质量与引力质量等同的等效原理，将非惯性参考系中观测到的惯性力与局域的引力等同起来，进而提出一切参考系均有相同的物理规律这一广义相对性原理，而引力被理解为空间弯曲的必然结果。广义相对论成功地预言了一些效应，如强引力场中光线的弯曲，引力场与光谱线频移的关系，并用空间的弯曲很自然地解释了引力的存在。由于广义相对论是针对强引力场和大质量物体而提出来的，因而广泛应用于天体物理学，也构成了现代宇宙学的基础。爱因斯坦预言的引力波，已在2016年被首次观测到，从此开启了引力波天文学时代。
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