相对论作为物理学的重要组成部分，是近代物理学的两大支柱这一。它的创立者爱因斯坦是一位享有盛誉的科学家。那么，相对论是一种什么样的理论？爱因基坦又是怎样的人呢？本书是爱因斯坦丰富博大的科学成果中一部比较浅显的著述。通过此书，可使读者对相以论有初步的接触，从而打下一定烙印，受到一些启迪。这是一种对神秘宫殿的初步探求，也是一种对制高点的初步领略。相信，走近爱因斯坦，了解相对论，对于知识结构的调整，思维方法的启迪，科学精神的激发，都会大有裨益。

本书是科学素养文库科学元典丛书之一。

这套丛书中收入的著作，是自文艺复兴时期现代科学诞生以来，经过足够长的历史检验的科学经典。为了区别于时下被广泛使用的“经典”一词，我们称之为“科学元典”。

我们这里所说的“经典”，不同于歌迷们所说的“经典”，也不同于表演艺术家们朗诵的“科学经典名篇”。受歌迷欢迎的流行歌曲属于“当代经典”，实际上是时尚的东西，其含义与我们所说的代表传统的经典恰恰相反。表演艺术家们朗诵的“科学经典名篇”多是表现科学家们的情感和生活态度的散文，甚至反映科学家生活的话剧台词，它们可能脍炙人口，是否属于人文领域里的经典姑且不论，但基本上没有科学内容。并非著名科学大师的一切言论或者是广为流传的作品都是科学经典。

这里所谓的科学元典，是指科学经典中最基本、最重要的著作，是在人类智识史和人类文明史上划时代的丰碑，是理性精神的载体，具有永恒的价值。

《狭义与广义相对论浅说》导读

序

第十五版说明

第一部分 狭义相对论

1.几何命题的物理意义

2.坐标系

3.经典力学中的空间和时间

4.伽利略坐标系

5.相对性原理(狭义)

6.经典力学中所用的速度相加定理

7.光的传播定律与相对性原理的表面抵触

8.物理学的时间观

9.同时性的相对性

10.距离概念的相对性

11.洛伦兹变换

12.量杆和钟在运动时的行为

13.速度相加定理斐索实验

14.相对论的启发作用

15.狭义相对论的普遍性结果

16.经验和狭义相对论

17.闵可夫斯基四维空间

第二部分 广义相对论

18.狭义和广义相对性原理

19.引力场

20.惯性质量和引力质量相等是广义相对性公理的一个论据

21.经典力学的基础和狭义相对论的基础在哪些方面不能令人满意

22.广义相对性原理的几个推论

23.在转动的参考物体上的钟和量杆的行为

24.欧几里得和非欧几里得连续区域

25.高斯坐标

26.狭义相对论的空时连续区可以当做欧几里得连续区

27.广义相对论的空时连续区不是欧几里得连续区

28.广义相对性原理的严格表述.

29.在广义相对性原理的基础上解引力问题

第三部分 关于整个宇宙的一些考虑

30.牛顿理论在宇宙论方面的困难

31.一个“有限”而又“无界”的宇宙的可能性

32.以广义相对论为依据的空间结构

附录工

1.洛伦兹变换的简单推导

2.闵可夫斯基四维空问(“世界”)

3.广义相对论的实验证实

4.以广义相对论为依据的空间结构

5.相对论与窄问问题

附录II

1.自述

2.自述片段

3.以太和相对论

4.物理学中的空间、以太和场的问题

5.相对性：相对论的本质

6.论动体的电动力学

7.关于统一场论

1 几何命题的物理意义

阅读本书的读者，大多数在做学生的时候就熟悉欧几里得几何学的宏伟大厦。你们或许会以一种敬多于爱的心情记起这座伟大的建筑。在这座建筑的高高的楼梯上，你们曾被认真的教师追迫了不知多少时间。凭着你们过去的经验，谁要是说这门科学中的哪怕是最冷僻的命题是不真实的，你们都一定会嗤之以鼻。但是，如果有人这样问你们，“你们说这些命题是真实的，你们究竟是如何理解的呢?”那么你们这种认为理所当然的骄傲态度或许就会马上消失。让我们来考虑一下这个问题。

几何学是从某些像“平面”、“点”和“直线”之类的概念出发的，我们可以有大体上是确定的观念和这些概念相联系；同时，几何学还从一些简单的命题(公理)出发，由于这些观念，我们倾向于把这些简单的命题当作“真理”接受下来。然后，根据我们自己感到不得不认为是正当的一种逻辑推理过程，阐明其余的命题是这些公理的推论，也就是说这些命题已得到证明。于是，只要一个命题是以公认的方法从公理中推导出来的，这个命题就是正确的(就是“真实的”)。这样，各个几何命题是否“真实”的问题就归结为公理是否“真实”的问题。可是人们早就知道，上述最后一个问题不仅是用几何学的方法无法解答的，而且这个问题本身就是完全没有意义的。我们不能问“过两点只有一直线”是否真实。我们只能说，欧几里得几何学研究的是称之为“直线”的东西，它说明每一直线具有由该直线上的两点来唯一地确定的性质。“真实”这一概念与纯几何学的论点是不相符的，因为“真实”一词我们在习惯上总是指与一个“实在的”客体相当的意思；然而几何学并不涉及其中所包含的观念与经验客体之间的关系，而只是涉及这些观念本身之间的逻辑联系。

不难理解，为什么尽管如此我们还是感到不得不将这些几何命题称为“真理”。几何观念大体上对应于自然界中具有正确形状的客体，而这些客体无疑是产生这些观念的唯一渊源。几何学应避免遵循这一途径，以便能够使其结构获得最大限度的逻辑一致性。例如，通过位于一个在实践上可视为刚性的物体上的两个有记号的位置来查看“距离”的办法，在我们的思想习惯中是根深蒂固的。如果我们适当地选择我们的观察位置，用一只眼睛观察而能使三个点的视位置相互重合，我们也习惯于认为这三个点位于一条直线上。

如果，按照我们的思想习惯，我们现在在欧几里得几何学的命题中补充一个这样的命题，即在一个在实践上可视为刚性的物体上的两个点永远对应于同一距离(直线间隔)，而与我们可能使该物体的位置发生的任何变化无关，那么，欧几里得几何学的命题就归结为关于各个在实践上可以视为刚性的物体的所有相对位置的命题①。作了这样补充的几何学可以看作物理学的一个分支。现在我们就能够合法地提出经过这样解释的几何命题是否“真理”的问题；因为我们有理由问，对于与我们的几何观念相联系的那些实在的东西来说，这些命题是否被满足。用不大精确的措辞来表达，上面这句话可以说成为，我们把此种意义的几何命题的“真实性”理解为这个几何命题对于用圆规和直尺作图的有效性。

当然，以此种意义断定的几何命题的“真实性”，是仅仅以不大完整的经验为基础的。目下，我们暂先认定几何命题的“真实性”。然后我们在后一阶段(在论述广义相对论时)将会看到，这种“真实性”是有限的，那时我们将讨论这种有限性范围的大小。P2-5

本书的目的，是尽可能使那些从一般科学和哲学的角度对相对论有兴趣而又不熟悉理论物理的数学工具的读者对相对论有一个正确的了解。本书假定读者已具备相当于大学入学考试的知识水平，而且，尽管本书篇幅不长，读者仍须具有相当大的耐心和毅力。作者力求以最简单、最明了的方式来介绍相对论的主要概念，并大体上按照其实际创生的次序和联系来叙述。为了便于明了起见，我感到不能不经常有所重复，而不去考虑文体的优美与否。我严谨地遵照杰出的理论物理学家玻耳兹曼的格言，即形式是否优美的问题应该留给裁缝和鞋匠去考虑。但是我不敢说这样已可为读者解除相对论中固有的难处。另一方面，我在论述相对论的经验性物理基础时，又有意识地采用了“继母”式的做法，以便不熟悉物理的读者不致感到像一个只见树木不见森林的迷路人。但愿本书能为某些读者招致愉快的思考时间。

爱因斯坦 1916年12月