第一個(gè)理解狹義相對(duì)論的是普朗克.
狹義相對(duì)論的創(chuàng)立
早在16歲時(shí),愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進(jìn)的電磁波,他產(chǎn)生了一個(gè)想法,如果一個(gè)人以光的速度運(yùn)動(dòng),他將看到一幅什么樣的世界景象呢?他將看不到前進(jìn)的光,只能看到在空間里振蕩著卻停滯不前的電磁場(chǎng).這種事可能發(fā)生嗎?
愛因斯坦在時(shí)空觀的徹底變革的基礎(chǔ)上建立了相對(duì)論力學(xué),指出質(zhì)量隨著速度的增加而增加,當(dāng)速度接近光速時(shí),質(zhì)量趨于無窮大.他并且給出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2,質(zhì)能關(guān)系式對(duì)后來發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導(dǎo)作用.
第一個(gè)理解廣義相對(duì)論的是格羅斯曼.
廣義相對(duì)論的建立
1905年,愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于狹義相對(duì)論的第一篇文章后,并沒有立即引起很大的反響.但是德國(guó)物理學(xué)的權(quán)威人士普朗克注意到了他的文章,認(rèn)為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美,正是由于普朗克的推動(dòng),相對(duì)論很快成為人們研究和討論的課題,愛因斯坦也受到了學(xué)術(shù)界的注意.
1907年,愛因斯坦聽從友人的建議,提交了那篇著名的論文申請(qǐng)聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)的編外講師職位,但得到的答復(fù)是論文無法理解.雖然在德國(guó)物理學(xué)界愛因斯坦已經(jīng)很有名氣,但在瑞士,他卻得不到一個(gè)大學(xué)的教職,許多有名望的人開始為他鳴不平,1908年,愛因斯坦終于得到了編外講師的職位,并在第二年當(dāng)上了副教授.1912年,愛因斯坦當(dāng)上了教授,1913年,應(yīng)普朗克之邀擔(dān)任新成立的威廉皇帝物理研究所所長(zhǎng)和柏林大學(xué)教授.
在此期間,愛因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對(duì)論推廣,對(duì)于他來說,有兩個(gè)問題使他不安.第一個(gè)是引力問題,狹義相對(duì)論對(duì)于力學(xué)、熱力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的物理規(guī)律是正確的,但是它不能解釋引力問題.牛頓的引力理論是超距的,兩個(gè)物體之間的引力作用在瞬間傳遞,即以無窮大的速度傳遞,這與相對(duì)論依據(jù)的場(chǎng)的觀點(diǎn)和極限的光速?zèng)_突.第二個(gè)是非慣性系問題,狹義相對(duì)論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣,都只適用于慣性系.但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系.從邏輯上說,一切自然規(guī)律不應(yīng)該局限于慣性系,必須考慮非慣性系.狹義相對(duì)論很難解釋所謂的雙生了佯謬,該佯謬說的是,有一對(duì)孿生兄弟,哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行,根據(jù)相對(duì)論效應(yīng),高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢,等哥哥回來,弟弟已經(jīng)變得很老了,因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)經(jīng)歷了幾十年.而按照相對(duì)性原理,飛船相對(duì)于地球高速運(yùn)動(dòng),地球相對(duì)于飛船也高速運(yùn)動(dòng),弟弟看哥哥變年輕了,哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了.這個(gè)問題簡(jiǎn)直沒法回答.實(shí)際上,狹義相對(duì)論只處理勻速直線運(yùn)動(dòng),而哥哥要回來必須經(jīng)過一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)過程,這是相對(duì)論無法處理的.正在人們忙于理解相對(duì)狹義相對(duì)論時(shí),愛因斯坦正在接受完成廣義相對(duì)論.
1907年,愛因斯坦撰寫了關(guān)于狹義相對(duì)論的長(zhǎng)篇文章《關(guān)于相對(duì)性原理和由此得出的結(jié)論》,在這篇文章中愛因斯坦第一次提到了等效原理,此后,愛因斯坦關(guān)于等效原理的思想又不斷發(fā)展.他以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量成正比的自然規(guī)律作為等效原理的根據(jù),提出在無限小的體積中均勻的引力場(chǎng)完全可以代替加速運(yùn)動(dòng)的參照系.愛因斯坦并且提出了封閉箱的說法：在一封閉箱中的觀察者,不管用什么方法也無法確定他究竟是靜止于一個(gè)引力場(chǎng)中,還是處在沒有引力場(chǎng)卻在作加速運(yùn)動(dòng)的空間中,這是解釋等效原理最常用的說法,而慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是等效原理一個(gè)自然的推論.
1915年11月,愛因斯坦先后向普魯士科學(xué)院提交了四篇論文,在這四篇論文中,他提出了新的看法,證明了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng),并給出了正確的引力場(chǎng)方程.至此,廣義相對(duì)論的基本問題都解決了,廣義相對(duì)論誕生了.1916年,愛因斯坦完成了長(zhǎng)篇論文《廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)》,在這篇文章中,愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對(duì)論稱為狹義相對(duì)論,將只對(duì)于慣性系物理規(guī)律同樣成立的原理稱為狹義相對(duì)性原理,并進(jìn)一步表述了廣義相對(duì)性原理：物理學(xué)的定律必須對(duì)于無論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都成立.
愛因斯坦的廣義相對(duì)論認(rèn)為,由于有物質(zhì)的存在,空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲,而引力場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空.愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論,很好地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)中一直無法解釋的43秒.廣義相對(duì)論的第二大預(yù)言是引力紅移,即在強(qiáng)引力場(chǎng)中光譜向紅端移動(dòng),20年代,天文學(xué)家在天文觀測(cè)中證實(shí)了這一點(diǎn).廣義相對(duì)論的第三大預(yù)言是引力場(chǎng)使光線偏轉(zhuǎn),.最靠近地球的大引力場(chǎng)是太陽引力場(chǎng),愛因斯坦預(yù)言,遙遠(yuǎn)的星光如果掠過太陽表面將會(huì)發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn).1919年,在英國(guó)天文學(xué)家愛丁頓的鼓動(dòng)下,英國(guó)派出了兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴兩地觀察日全食,經(jīng)過認(rèn)真的研究得出最后的結(jié)論是：星光在太陽附近的確發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn).英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和皇家天文學(xué)會(huì)正式宣讀了觀測(cè)報(bào)告,確認(rèn)廣義相對(duì)論的結(jié)論是正確的.會(huì)上,著名物理學(xué)家、皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)湯姆孫說：“這是自從牛頓時(shí)代以來所取得的關(guān)于萬有引力理論的最重大的成果”,“愛因斯坦的相對(duì)論是人類思想最偉大的成果之一”.愛因斯坦成了新聞人物,他在1916年寫了一本通俗介紹相對(duì)認(rèn)的書《狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論淺說》,到1922年已經(jīng)再版了40次,還被譯成了十幾種文字,廣為流傳.