爱因斯坦132相对论演说11.1

    1911年1月16日，爱因斯坦在苏黎世自然研究者协会的会议上发表了演讲，此前1910年12月11日在写给瑞士联邦技术大学植物学教授和苏黎世自然科学家协会主席卡尔·施罗特（Carl Schr?ter）信中他曾经提到了此事（见《爱因斯坦130》），演讲的题目为《相对论》，爱因斯坦的这篇演说第一次正式使用了相对论这一词汇来指代自己的狭义相对论，其演说简单的介绍了狭义相对论中以太是否存在的问题、时间和空间的洛伦兹变换以及尺缩、钟慢、质能方程等相关内容。www.huayunge.com

    爱因斯坦的这次演说以相对性原理开篇，认为其是相对论的基本支柱之一：

    “作为所谓“相对论”这种理论的基本支柱之一的是所谓的相对性原理。……相对性原理叙述如下：如果这两位物理学家利用他们的所有装备来研究自然界的所有规律，一位在静止的实验室中而另一位则在火车上的实验室中，则他们将发现完全相同的自然规律，如果火车并不摇摆而是以均匀运动前进的话。我们可以稍微抽象地说：按照相对性原理，自然规律是和参照系的平移运动无关的。”

    而最近几十年光学和热力学的发展貌似违反了古典的相对性原理，而矛盾的焦点就聚集在了光以太是否存在以及运动物体的光学现象和电磁性质上：

    “光显示干涉和衍射，完全像声波那样，因此人们就觉得必须把光看成一种波动，或者普遍地说是看成某种媒质的周期性状态变化。这种媒质被称为“以太”。直到最近为止，这样一种媒质的存在在物理学家们看来似乎是毋庸置疑的。

    ……

    只要人们处理的仅仅是静止物体的光学现象，人们就没有理由去思索这种媒质的除了被假设为构成光的那种运动以外的其他运动。人们简单地假设，除了被假设为构成光的那种振荡运动以外，这种媒质和所考虑的各个物质体都处于一种静止状态。

    一旦人们开始考虑运动物体的光学现象并同时考虑与此有关的运动物体的电磁性质，人们就必须问问，如果我们传给所考虑物理体系中的那些物体以不同的速度，则光学以太的表现将是怎样的。”

    演说就此第三次进入了探讨以太的阶段，爱因斯坦前两次专门探讨以太分别为1909年9月21日在德国自然科学家和医生协会第81次大会物理学组会议上做的波粒二象性演说《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》（见《爱因斯坦108》）和1910年1月15日简述狭义相对论论文《相对性原理及其在近代物理学中的影响》上半部分（见《爱因斯坦112》）。

    这次演说依然介绍了法国物理学家菲佐（Arnd Hippolyte Louis Fizeau，1819年-1896年）1851年测定光的曳引系数的实验，其证明以太不完全随着物质运动，光相对于水管的速度没有按伽利略变换直接速度叠加，而是与光传播媒质的折射率n有关：

    “如果光学以太果然是随管中液流而一起运动的，那就会得到下述的图景。如果我们假设光在静止的水中是以速度V而传播的，那么V就是光相对于水的速度，而υ则是水相对于管子的速度，于是我们就必须说：

    如果光学以太附着在水上，则光相对于水的速度永远相同；不论水是运动的还是静止的。因此就应该预期，如果液体是运动的，则光相对于管子的传播速度要比液体不动时大υ。

    ……

    菲佐发现，水的运动并不是使光相对于管子的速度增大υ，而是只增大此值的一个分数[υ（1-1/n2），如果n代表液体的折射率的话]（注：即光速相对于管子的速度变化值低于伽利略速度叠加原理给出的简单的速度直接加减的数值）。如果这个折射率很近于1，就是说，如果光在液体中几乎和在真空中传播得同样快，则液体的运动实际上就没有什么影响。

    由此就必须得出结论说，关于光永远以同一速度V相对于水而传播的那种观念是和经验不相容的。”

    之后，演说再次介绍了亨德里克·安东·洛伦兹1895年创立的以太完全静止不动的假说，其认为将物质和以太连接起来的惟一纽带是电荷和电磁场的相互作用，但这个理论也包含了绝对静止参照系，即相对于光媒质为静止的参照系，而且就着洛伦兹的理论爱因斯坦还拉上了以太绝对静止必然导致光学实验结果各向异性的结论，虽然洛伦兹理论以物体在运动方向上发生收缩的理念其实已经消除了以太与地球相对速度检测为零的实验结果：

    “任何相对于以太为静止的物体，都可以在一定意义上被说成是绝对静止的。相对于以太为静止的参照系是不同于一切其他无加速参照系的。在这种意义上，关于静止光学以太的洛伦兹基本概念是不满足相对性原理的，静止光学以太的概念将引向下述的普遍论点：

    设一个参照系k是相对于光学以太而静止的。