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可以证明,一个运动的物体受到合量不为零的某些力,但在某些情况下这个物体并不因此而被加速(注:但根据质能方程,质量增加了)。因而人们必须假定,在相对论中,受到力的(刚性)运动物体具有某种能量含量,否则,人们就违反了能量原理。”
爱因斯坦上述阐述的具体理论说明见1907年5月14日的质能方程第三论文《论相对性原理所要求的能量的惯性》,即本作《爱因斯坦74》。
3、《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》
9月21日,爱因斯坦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了题为《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》的报告,正式向学术圈提出了光具有波动性和量子性的双重性质,因此,光的新理论要以此为出发点,当然,爱因斯坦这篇报告的阐述和论据都是他以前的工作所涉及的范围,并没有新的实质性突破。爱因斯坦的这篇报告主要讲了以下几点:
一、光以太存在与否的问题
光的干涉和衍射等表明光是一种波,因此,经典物理学认为光的传播需要传播媒质,即光以太。
而一些辐射领域的事实(黑体辐射、光致发光、光电效应等)说明采用牛顿的光的发射论比波动论要好的多,因此,爱因斯坦认为光学理论下一阶段的发展趋势是两者的融合:
“因此,我认为,理论物理学发展的随后一个阶段,将给我们带来这样一种光学理论,它可以认为是光的波动论和发射论的某种融合。对这种见解作出论证,并且指出深刻地改变我们的关于光的本性和组成的观点是不可避免的,这就是下面的讲话的目的。”
爱因斯坦认为光的波动论建立以来,理论光学的最大进展是麦克斯韦将光理解为一种电磁过程,光学问题归结为了电磁学问题。而传统的光的波动论和光的电磁波论都将光的本质归结为媒质光以太状态的总和,因此,光以太的运动必然影响光学和电磁现象。不过,可惜的是实验貌似否定了光以太的存在。
首先,法国物理学家菲佐(armand hippolyte louis fizeau,1819年-1896年)1851年测定光的曳引系数的实验证明光以太不完全随着物质运动,爱因斯坦对菲佐实验的简单描述为:
“为了检验光以太是完全随着运动的这一假说是否正确,菲佐让两支相干单色光束沿着两个充满了水的管子的轴运动,然后发生干涉。同时他又让水在管中沿着轴流动,在一个管中顺着光传播的方向,在另一个管中则沿着相反方向,这样就可以看出干涉条纹的移动,从这里他就可以得出关于物体运动速度对绝对速度的影响的结论。(注:绝对速度=静止媒质中的光速+物体运动速度,即伽利略速度叠加公式。)”
菲佐实验说明光以太与物质之间有相对运动,因此,光以太相对于测量仪器有相对运动,这必然导致光学测量结果空间各向异性,但随后的各种实验都没有测出光学现象对光学仪器空间取向的依存性,即测不出光以太相对于测量仪器的相对运动。
1895年,亨德里克·安东·洛伦兹从存在绝对静止以太的观念出发,考虑物体运动时发生了物质的收缩过程,得出了仅仅被看作是数学上的辅助手段的洛伦兹变换,这很大程度上解决了实验测不出光以太相对于测量仪器的相对运动的结果,但其唯一不能解释的实验是1887年的迈克尔逊-莫雷实验:
“洛伦兹曾经指出,按照他的理论,略去含有商(物体速度/光速)的二次或更高次幂的因子的项,在光学实验过程中,仪器的总的平移运动对辐射过程没有影响。
然而当时已经知道迈克尔逊和莫雷的干涉实验,它证明:在一种特殊情况下,关于商(物体速度/光速)的二次幂的项也观测不到,虽然按照静止的光以太理论的观点,是可以期望观测到的。
为了使这个实验同理论不相矛盾,大家都知道,洛伦兹和菲茨杰拉德(fitzgerald)引进了这样一个假设:一切物体,因此也包括那些组成迈克尔逊-莫雷实验装置的元件的东西在内,当它们相对于以太运动时,就会以一定的方式改变形状。”
爱因斯坦认为洛伦兹这种解释测不出光以太相对于测量仪器的相对运动的假设十分令人不能满意,接着,爱因斯坦就提出了狭义相对性原理:
“迈克尔逊-莫雷实验差不多提示了这样一个假设:相对于一个随地球运动的坐标系,或者更一般地说,相对于任何没