爱因斯坦：我是如何发现相对论的

英文译者说明
　　众所周知，当爱因斯坦于1922年被授予诺贝尔物理学奖时，他正在日本访问，因而未能参加当年12月在斯德哥尔摩的授奖仪式。12月14日，爱因斯坦应京都大学哲学教授西田几多郎的邀请，做了题为“我是如何发现相对论的”演讲。这个演讲对大学任课教师与学生都是相当重要的。爱因斯坦的演讲用德语进行，也没有底稿。当时是由东北大学物理学教授埃史瓦拉（J． Ishiware）先生作的翻译。埃史瓦拉先生曾在1912—1914年间在索末菲手下作研究工作。他当时作了详细的记录，并于1923年在月刊 Kaizo上发表。这是爱因斯坦这次演讲的唯一一份准确的记录。爱因斯坦关于自己思想的自述具有极为珍贵的历史价值，正因如此，我决定将它译成英文。这篇自述有助于我们对目前流行着的争论问题有进一步的理解，例如在1905年爱因斯坦提出狭义相对论时，是否知道了迈克尔孙-莫雷实验。这篇自述还有助于我们了解爱因斯坦在相对论研究方面的其它一些工作。


　　谈论我如何开始产生相对论思想是一件很不容易的事。因为激发我思考的事物是如此之多，在相对论思想发表的不同阶段上，每一种思考所产生的影响又很不相同。我不准备在这里把我想到的东西以及所写的论文一一列举出来。我只是打算把与相对论有关的思想发展过程作一个简短的说明。

　　我第一次萌发相对论想法大约在17年前。这种想法究竟从哪里开始说不太准确，但是肯定它与运动物体的光学特性有关。光在以太中传播，而地球又在以太中运动，换句话说，以太在相对地球运动。在物理文献中，我曾试图找到一个明确证明存在以太风的实验，但是没有成功。后来，我想要证明以太风相对地球运动。在最初，当我有这种想法时，我并没有怀疑以太的存在，也就是不怀疑地球相对以太的运动。于是，我设想了这样一个实验：利用几个平面镜，使发自光源的光信号在不同方向上被反射，其中一束光与地球的运动方向平行，另一束则相反。如果两束反射光的光强不同，可以利用两个热电偶把它们放出的不同热量测量出来。尽管这个设想与迈克尔孙实验非常相似，我并没有对它进行实际检验。

　　在我还在读书时期，当我思考有关相对论的问题时，我逐渐了解到迈克尔孙-莫雷实验的奇特结果。接着，我得到了这样一个结论，即如果认为迈克尔孙的实验结果是一个事实，那么认为地球相对以太运动就是错误的。这就是我发现狭义相对论的第一个阶段。自此，我开始相信，尽管地球不停地环绕太阳运动，但是决不可能借助任何光学仪器把地球的环绕运动检测出来。

　　后来，我有机会读到洛伦兹在1895年的专著。在其中他利用一级近似讨论并解决了电动力学问题，这时他忽略了v/c的高次项。其中v是物体的运动速度，c是光速。如果像洛伦兹当初所设想的那样，关于电子的洛伦兹方程对真空参考系成立，那么对于运动物体的参考系，这一方程也应该成立。于是，我试着用这一假定去讨论菲佐实验。在那时，我坚信麦克斯韦和洛伦兹的电动力学方程是正确的。此外，如果假定这些方程对运动物体参考系也成立，就会导致光速不变性观念产生。但是这一观念将与力学中的速度相加原理相抵触。

　　为什么这两种观念相互矛盾呢？我感到这一难题相当不好解决。我花了整整一年的时间，试图仿照洛伦兹的设想来解决这个问题，但是徒劳无益。

　　是我在伯尔尼的朋友麦克尔•比索（ Michele Besso）偶然间帮我摆脱了困境。那是一个晴朗的日子，我带着这个问题访问了他，我们讨论了这个问题的每一个细节，忽然我领悟到了这个问题的症结所在。这个问题的答案来自于对时间概念的分析。不可能绝对地确定时间，在时间与信号速度之间有着不可分割的联系。利用这一新观念，我第一次彻底解决了这个难题。

　　就这样，在5周内狭义相对论理论就全部建成了。这一新的理论在哲学上完全合理，对此我毫不怀疑。我还发现，这一新理论也完全符合马赫原理。对于广义相对论，可以说广义相对论是马赫思想的体现，但是对于狭义相对论却不同，马赫思想仅只隐含在狭义相对论之中。这就是狭义相对论的创始过程。

　　关于对广义相对论的设想是在两年之后，即1907年开始的。这种想法开始得很突然，当时我对狭义相对论并不那么满意，因为它被严格地限制在相互具有恒定速度的参考系之中，它不适用于一个作任意运动的参考系，于是我努力把这一限制取消，以使这一理论能在更为一般的情况下讨论。

　　1907年，斯塔克（Johannes stark）要求我写一篇关于狭义相对论专题的文章，在准备这篇文章时，我开始认识到除了引力定律以外，其它一切自然规律都可以纳入到狭义相对论的框架之中。我试图找到其中的原因，可是这并不那么容易。

　　一个最不令人满意的事是，尽管惯性与能量之间的关系在狭义相对论中已经明确解决了，但是惯性与重量或引力场内能量之间的关系并不清楚。我感到这个问题不可能在狭义相对论的框架中得到解决。

　　这个难题的突破点突然在某一天找到了。那天，我坐在伯尔尼专利局办公室里，脑子里突然闪现了一个念头：如果一个人正在自由下落，他决不会感到他有重量。我吃了一惊，这个简单的想象给我的印象太深了，它使我由此找到了新的引力理论。我继续想下去，如果下落的人正在加速运动，他会有什么感觉？在这个加速参考系中，他会得出什么结论？我决定把相对论扩展到加速参考系中。我认为，在完成这一步的同时，我还能把引力问题一并解决。一个下落时人之所以感不到他有重量，那是因为在他的加速系中同时存在一个新的引力场，它将地球的引力场抵消了。这就是说，在加速参考系中，我们需要一个新的引力场。

　　在当时，我还不可能一下子把问题完全解决，直到找到问题的解为止，我花了整整八年的功夫，在这些年中，我找到了前面提到的问题的部分答案。

　　马赫坚持认为加速体系之间彼此等效，这种思想恰与欧几里德几何矛盾，因为欧几里德几何不再适用于加速参考系。如果脱离开参考系叙述一个物理定律就如同表达我们的思想不用语言一样，因此，我们必须寻找表达的语言。在阐述上述问题时，我们应该寻找的语言是什么呢？这个问题直到1912年才得以解决。当时我发现高斯曲面几何可能是解决这一神秘问题的关键，高斯的曲面坐标系对于理解这一问题很有用处。直到那时为止，我还不知道黎曼（他是高斯的学生）已经深入讨论过这些几何学的基本问题了。我偶然间想起，在我学生时代曾听到过盖塞尔（Cari Friedrich Geiser）Geiser）讲授高斯理论，我感到这个几何学的基本理论在物理学上有着深刻的意义。当我从布拉格回到苏黎士时，我的朋友数学家格罗斯曼（M．Grossman）正在那里等我。以前，当我还在专利局工作时，每逢在数学上遇到困难，他都给我不少帮助，我从他那里学会了里奇的理论，后来又学会了黎曼的理论。这一次，我与他一起讨论能否把黎曼的理论，即线元的不变性用于我所研究的问题。1913年，我们共同完成了一篇关于这一课题的论文，可是当时还没有得到准确的引力场方程。后来，我又进一步研究了黎曼方程，以找到不能得到预想结果的原因。

　　经过了两年的努力，我发现在我的计算中有多处是错误的。利用不变性理论，我又回到原始的方程，并想方设法再构造一个准确无误的方程。两周之后，这个正确的方程居然出现在我的眼前！

　　关于我在1915年之后的工作，我只想提及宇宙学方面的问题。这个问题涉及到宇宙与时间的几何性质，这一问题的基础来自于广义相对论理论的边界条件以及马赫关于惯性的设想。尽管我对马赫关于惯性的思想理解得不那么透彻，他对我思想的影响却是很大的。

　　将不变性与引力场方程的边界条件相结合后，我找到了宇宙问题的解。当把宇宙设想为一个封闭系统时，终于限定了这个边界。由这个结果可得到惯性具有物质相互作用的特性的结论。如果没有其它物质作用，惯性将随之消失。我确信，利用这一结果能很好地从认识论的角度理解广义相对论。

以上只是对我在发现相对论过程中，思想发展的一个简短的回顾。