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相对论重要的科学价值

德布罗意认为，相对论好象是：“光彩夺目的火箭，它在黑暗的夜空，突然划出一道道十分强烈的光辉，照亮了广阔的未知领域.”

相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦(Albert.Einstein)创立，分为狭义相对论和广义相对论.相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关.狭义相对论和广义相对论的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯系参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中.相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱.奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域.相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题.相对论颠覆了人类对宇宙和自然的常识性观念，提出了“时间和空间的相对性”、“ 四维时空”、“ 弯曲空间”等全新的概念.

运动着的物体所占有的空间是变动不居的，描写这种变动的就是时间，时间作为广义的空间结构的一个维度.时空不是独立的存在，时空是物质的时空，时空是物质世界的表象，物质本体改变了，其表象必随其变.空间与时间在表述物质时，各有侧重：空间侧重于表述物质相对静止的状态，时间侧重于表述物质相对变动的过程.物质的存在是相对变动中的存在，静止是变动中相对的静止，从这一角度可以认为：物质是运动与静止的统一体，是时间和空间的统一体.时间和空间是不可分的，譬如：当我们看到时钟指针的空间状态就知道时间的位置，知道时间状态就可以推出时钟指针的空间位置；在譬如：当我们知道一个人的形体容貌就可推出其正常条件下的大致年龄及寿命，知道一个人的性别及年龄就可知道其大致的形体发育状态.

狭义相对论和广义相对论建立以来，已经过去很长时间，它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍承认的真理，相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响.相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系.

狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛沦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律. 相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系.狭义相对论最著名的推论是质能公式，它可以用来计算核反应过程中所释放的能量，并导致了原子弹的诞生.而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，也相继被天文观测所证实.相对论的提出对人类社会的发展起到了不可估量的作用,但是在如今很多人从多学科多角度发现相对论有不足之处.

广义相对论有在广义协变的基础上，通过等效原理，得到了所有物理规律的广义协变式，并建立了以广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似.这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系的问题，从逻辑上得到了合理的安排.

爱因斯坦1922年回忆他创建广义相对论的过程时讲道:当他正在思考如何突破狭义相对论的框架，以解决惯性与重量之间的不协调时，一个突然的闪念出现了.他说：“有一天，突破口突然找到了.当时我正坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现了一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量.我吃了一惊，这个简单的思想实验给我的印象太深了.它把我引向了引力理论.我继续想下去：下落的人正在作加速运动，可是在这个加速参照系中，他有什么感觉？他如何判断面前所发生的事情？”爱因斯坦1933年在《广义相对论的来源》一文中，这样写道：“在引力场中一切物体都具有同一加速度，这条定律也可以表述为惯性质量与引力质量相等的定律，它当时就使我认识到它的全部重要性.我为它的存在感到极为惊奇，并猜想其中必定有一把可以更加深入地了解惯性和引力的钥匙.”

爱因斯坦于1907年在《相对性原理及其结论》这篇论文中设想，要把相对性原理推广到任意坐标系中.他从牛顿引力中惯性质量和引力质量相等看出，一定有一把可以更深刻地理解惯性和引力相互关系的钥匙.假想实验再次帮了他的忙，他设想在一静止的电梯里一个物体做下落运动，电梯外的观察者认为物体的下落是由于受到外加的引力场作用的结果，而电梯内的观察者则可能作出电梯在以加速度上升的结论，很显然这个人是把引力场的效应用参照系——电梯的加速度来代替了.这样爱因斯坦就认为，在时空的小范围内，引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价，也就是说在一个匀加速系统里看到的运动与存在有引力场的惯性系中看到的运动是完全相当的.这个假设就叫“等效原理”，它的启发性意义在于：它允许用一个匀加速参照系代替一个均匀引力场，这个匀加速参照系的加速度就等于惯性参考系中物体在这个均匀引力作用下产生的加速度.