相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)之一，愛(ài)因斯坦為物理學(xué)的變革做出了巨大的貢獻(xiàn)。那么，一百多年前是什么啟發(fā)了他，讓他認(rèn)為以太不存在，讓他想到光速對(duì)任何觀測(cè)者來(lái)說(shuō)都是恒定不變的？
在愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論之前，確實(shí)已經(jīng)有了一些基礎(chǔ)。邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)典物理學(xué)中所說(shuō)的以太不存在。洛倫茲和斐茲杰惹兩位物理學(xué)家獨(dú)立提出尺縮和鐘慢效應(yīng)——速度越快，時(shí)間膨脹，長(zhǎng)度縮短；當(dāng)速度趨于光速時(shí)，時(shí)間和長(zhǎng)度趨于零。在更早之前幾十年，麥克斯韋已經(jīng)統(tǒng)一了電和磁，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)只包含常數(shù)的光速公式。
不過(guò)，這些都不是愛(ài)因斯坦的靈感之源。根據(jù)愛(ài)因斯坦自己的說(shuō)法，他的啟發(fā)來(lái)自于1834年法拉第的一次實(shí)驗(yàn)——法拉第電磁感應(yīng)定律。
法拉第是19世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一，但他的偉大成就不是建立在發(fā)現(xiàn)新的方程式或提出定量的預(yù)言之上，而是建立在他那巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)置所揭示的結(jié)果之上。
當(dāng)電第一次被利用時(shí)，其應(yīng)用還處于十分初級(jí)的階段，法拉第就已經(jīng)揭示了電與磁在本質(zhì)上是相互聯(lián)系的深刻真理。最開(kāi)始，電和磁被視為完全獨(dú)立的現(xiàn)象，它們并沒(méi)有被聯(lián)系在一起。電是基于帶電粒子的概念，而磁被認(rèn)為是一種永久性現(xiàn)象。直到1820年的奧斯特實(shí)驗(yàn)，人們才開(kāi)始明白這兩種現(xiàn)象是有聯(lián)系的。
根據(jù)奧斯特實(shí)驗(yàn)，如果把指南針?lè)旁谝桓妼?dǎo)線旁邊，指南針總是會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最終變得與導(dǎo)線垂直。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了一個(gè)革命性的事實(shí)：移動(dòng)的電荷或者說(shuō)電流產(chǎn)生了一個(gè)磁場(chǎng)。接下來(lái)，法拉第的實(shí)驗(yàn)將更具革命性。
根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律，對(duì)于每一個(gè)作用力，都有一個(gè)相等并且方向相反的反作用力。如果用力推一個(gè)物體，這個(gè)物體就會(huì)以一個(gè)相等且相反的力反作用回來(lái)。對(duì)于引力也是如此，地球把物體吸引下來(lái)，物體也不會(huì)把地球吸引上來(lái)。
如果導(dǎo)線內(nèi)的移動(dòng)電荷可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么，也許會(huì)出現(xiàn)完全相反的情況：以一種適當(dāng)方式產(chǎn)生磁場(chǎng)可以使電荷在導(dǎo)線內(nèi)移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流。法拉第自己做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，并且發(fā)現(xiàn)，如果通過(guò)移動(dòng)一個(gè)永磁體進(jìn)出線圈來(lái)改變線圈內(nèi)的磁場(chǎng)，結(jié)果線圈會(huì)產(chǎn)生電流。
根據(jù)法拉第的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變線圈內(nèi)的磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生一種電流，它與磁場(chǎng)的變化相反。如果把一個(gè)鐵環(huán)套在兩個(gè)線圈上，讓電流通過(guò)一個(gè)線圈，就會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生電流。如果你把一個(gè)旋轉(zhuǎn)的銅盤(pán)放到帶有電引線的條形磁鐵附近，將會(huì)產(chǎn)生恒定的電流，這是第一臺(tái)發(fā)電機(jī)。如果把一個(gè)載流線圈移進(jìn)或移出一個(gè)沒(méi)有通電的線圈的內(nèi)部，它會(huì)在較大的線圈中產(chǎn)生電流。
這就是著名的電磁感應(yīng)定律，它在1834年被很好地闡述。正是通過(guò)對(duì)這一現(xiàn)象的思考，愛(ài)因斯坦第一次開(kāi)始揭示相對(duì)論原理?？紤]一下如下的兩種情況：
（1）假設(shè)有一個(gè)靜止的線圈，以恒定的速度把一根條形磁鐵移到線圈中，觀察線圈中出現(xiàn)的電流。
（2）假設(shè)有一根靜止的條形磁鐵，以恒定的速度把一個(gè)線圈套到磁鐵上，觀察線圈中出現(xiàn)的電流。
如果考慮這兩種情況而沒(méi)有涉及相對(duì)論，所出現(xiàn)的物理現(xiàn)象會(huì)有完全不同的含義。
對(duì)于第一種情況，當(dāng)把磁鐵移到靜止的導(dǎo)電線圈中，磁鐵會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，其電流大小取決于磁鐵所產(chǎn)生電場(chǎng)的能量。
對(duì)于第二種情況，如果讓磁鐵保持靜止并移動(dòng)線圈，磁鐵周?chē)筒粫?huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，所以也就沒(méi)有感應(yīng)電流。相反，結(jié)果是導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生電壓（或電動(dòng)勢(shì)），它根本沒(méi)有相應(yīng)的固有能量。
這一原則首先承認(rèn)，不存在絕對(duì)靜止的狀態(tài)。相對(duì)論指出，所有的觀察者，不管他們的速度多快或者朝哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，他們都會(huì)觀測(cè)到同樣的電和磁定律，以及同樣的力學(xué)定律。
后來(lái)的邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)更是表明，無(wú)論觀察者以怎樣的方式相對(duì)于光源運(yùn)動(dòng)，光速相對(duì)于他們的速度始終保持恒定，既不會(huì)增加也不會(huì)減小。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)只是次要的考慮，正如愛(ài)因斯坦本人在《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》那篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文中，以及他的摯友玻恩在多年后描寫(xiě)愛(ài)因斯坦時(shí)所說(shuō)的那樣，愛(ài)因斯坦基于更早的法拉第實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到相對(duì)論原理。
結(jié)合相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，?ài)因斯坦在1905年首次提出了狹義相對(duì)論，這永遠(yuǎn)地改變了我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。但早在1834年，相對(duì)論的種子已經(jīng)萌芽。相對(duì)論不是一個(gè)橫空出世的奇跡，只是相對(duì)論種子花了71年的時(shí)間才在愛(ài)因斯坦手里茁壯成長(zhǎng)起來(lái)。
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