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1、南京航空航天大学课程名称： 自然辩证法 论文题目： 爱因斯坦的相对论及其哲学思想 学生姓名： 陆想想 班级学号： SX1203225 学科名称： 生物医学工程 2012 年 12 月 22 日爱因斯坦的相对论及其哲学思想陆想想（南京航空航天大学生物医学工程系，江苏省 南京市 210016）摘 要：在物理学的发展史上，曾经出现电磁场理论与牛顿力学经典理论相矛盾的情况，众多物理学家坚持牛顿力学是权威，不可能有错，爱因斯坦则选择修改牛顿力学，最终导致相对论的产生。本文介绍了爱因斯坦创立狭义相对论的历史背景，阐述了相对论的历史意义，以及相对论所展现的哲学思想。关键词：爱因斯坦；相对论；哲学；0引 言1
2、9世纪下半期，麦克斯韦的电磁场理论(包括光波是电磁波的理论)在实验上得到了确认。当时，在物理学家的思想方法中，力学观点占有统治地位。因而一般认为电磁波(或光波 )只有在介质中才能传播，并给传播电磁波（或光波）的介质取名为“以太 ”。但是以太的引入却使电磁场理论和相对性原理之间出现了不可弥补的裂缝：力学相对性原理指出,所有的惯性系都是平权的；但是对引进了以太以后的电磁场理论来讲以太惯性系却是一个优越的惯性系。如何解决相对性原理和电磁场理论之间存在的矛盾，物理学家们进行了积极的探索。1相对论的创立1.1物理学发展出现矛盾1687年，牛顿的绝对时空与运动理论发表，牛顿力学以及伽利略变换统治了物理学两
3、个多世纪。1864年，麦克斯韦建立了统一的电磁场理论麦克斯韦方程组，由电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光波也是电磁波，提出了光的电磁学说，统一了电磁学和光学。1887年赫兹用实验证实了电磁波的存在，麦克斯韦电磁场理论取得了巨大成功。然而，电磁场的一些规律与牛顿力学理论相矛盾。此时，统治了两个多世纪的牛顿力学与伽利略变换遇到了困难。科学家们纷纷寻求解决困难的方法。1.2拯救“以太”之路失败大部分科学家认为，存在一种适用于力学但不适用于电动力学的相对性原理，在电动力学里存在着一个优越的惯性系，即“以太参考系”。相对于以太静止的参照系就是一种较之其它参照系具有特殊优越性的“绝对参照系”，它对应着
4、牛顿所讲的“绝对空间”。因此，为了拯救“以太”，科学家们进行了一系列探索研究。对双星现象、光行差现象的观察、分析以及斐索实验、迈克尔逊莫雷实验，得到的结果是否定的，即以太参考系并不存在。1.3爱因斯坦另辟蹊径爱因斯坦则要通过修改牛顿力学，以一个既满足力学又满足电动力学的相对性原理来解决矛盾，这样一套理论就是狭义相对论。爱因斯坦在这个理论中，抛弃了以太，抛弃了绝对空间和绝对时间，从根本上改造了经典物理学，建立了一个新的物理学体系。爱因斯坦选择的是一条令其他物理学家望而生畏的道路。在19世纪末，几乎所有物理学家都认为，牛顿力学经受了几百年的考验，已成为全部物理学甚至是整个自然科学的基础，其正确是不
5、容怀疑的。但是爱因斯坦恰恰就敢于把与旧时空观不相容的两个基本假设（相对性原理和光速不变原理）作为新理论的出发点，这充分表明爱因斯坦在科学探索中不迷信权威、敢于创新的精神。也可以说，爱因斯坦选择的是一条反传统的道路。1.4狭义相对论的创立1905年9月，爱因斯坦发表了论动体的电动力学论文，标志着爱因斯坦创立了狭义相对论，使电磁场理论和经典力学得到了统一，开创了物理学的新纪元。对牛顿力学成立的伽利略变换，在电磁学理论中不成立的原因，爱因斯坦认为是牛顿的绝对时间、绝对空间有问题。而且，爱因斯坦认为解决问题的关键是更改时间和同时性的定义。爱因斯坦明确地确定了时间和同时性的定义 1。爱因斯坦指出：“借助
6、于某些（假想的）物理经验，对于静止在不同地方的各只钟，规定了什么叫做它们是同步的，从而显然也就获得了同时和时间的定义。一个事件的时间，就是在这事件发生地点静止的一只钟同该事件同时的一种指示，而这只钟是同某一只特定的静止的钟同步的，而且对于一切的时间测定，也都是同这只特定的钟同步的。”同时爱因斯坦还指出：“我们不能给予同时性这概念以任何绝对的意义；两个事件，从一个坐标系看来是同时的，而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来，它们就不能再被认为是同时的事件了。”爱因斯坦独到的创新思想，对时间和同时性的准确定义，摆脱了牛顿力学绝对时空观的束缚，给物理学的发展带来了质的飞跃，为创立狭义相对论迈出了
7、关键一步。为了确定惯性系中的时间坐标（即“公共时间”，也就是对钟），爱因斯坦革命性地提出光在真空中的传播速度都相等，即光速不变原理，用光速不变原理来定义惯性系中的时间坐标（这就是狭义相对论与牛顿力学的区别），肯定了真空中的光速是常量，不依赖于惯性系的选择，且与光源或观测者的运动无关。同时，爱因斯坦还提出在一切惯性系中物理定律都具有相同的数学表达形式，即相对性原理，时间和运动对于观察者来说都是相对的。爱因斯坦还证明了相对性原理和光速不变原理是相容的。这两条原理是狭义相对论的重要基础。2相对论的哲学思想2.1爱因斯坦的哲学观狭义相对论揭露了空间和时间之间，以及时空和运动物质之间的深刻联系。这种相互
8、联系，把牛顿力学中认为互不相关的绝对空间和绝对时间，结合成为一种统一的运动物质的存在形式。在物体的速度远小于光速时，狭义相对论有关公式转变为牛顿力学公式，反映了自然界的和谐与统一。爱因斯坦认为 2，任何概念都有一定的条件性和适应性，因而是可变的，没有什么不可超越的终极的概念。他说，“物理学中没有任何概念是先验地必然的，或者是先验地正确的。如果我们从事于分析那些流行已久的概念，从而指明它们的正确性和适用性所依据的条件，指明它们是怎样从经验所给予的东西中一一产生出来的，这绝不是什么穷极无聊的游戏。这样，它们的过大的权威性就会被戳穿。”他还说，“我们关于物理实在的观念决不会是最终的。为了以逻辑上最完
9、善的方式来正确地处理所知觉到的事实，我们必须经常准备改变这些观念。也就是说，准备改变物理学的公理基础。爱因斯坦的这些思想闪耀着辩证法的光辉 3，比近代自然科学唯物论的观点高明得多。在近代自然科学唯物论者看来，自然界是不变的，反映自然界的概念也是不变的。具体地说，牛顿力学是万世不易的终极真理。当着拉普拉斯以为只要给他初始条件，他就能根据牛顿力学推知宇宙的过去和未来的一切细节时，当着普朗克的老师菲利普若里真诚地规劝他不要从事物理学，断言科学已经达到顶峰、物理学再也不会有重大发展， 展现在我们面前的，是一幅向牛顿力学顶礼膜拜的画面。因此，爱因斯坦主张，要改变长期以来人们以为天经地义的概念， 必须有科
10、学的怀疑态度和批判精神。他说得好：“发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。他自己正是这样做的。他从分析批判同时性的绝对性入手，创立了狭义相对论，以后又发展为广义相对论，有力地改变了人们的时空观、运动观和物质观这种贡献，那些僵硬地固守旧概念的科学家是根本不可能做出的。爱因斯坦致力于统一牛顿力学和麦克斯韦电动力学。用他非凡的智慧精心描绘了一幅相对论的世界图景。他对科学统一的追求激励着人们去承继他未竟的事业，并在规范场的研究中得到了初步成功。2.2科学与哲学的关系科学是人的一种创造活动。因此要发展科学就应大力提倡科学的创造精神。那种把科学与实践的关系简单
11、地理解为科学是经验的总合的认识，容易束缚对科学创造精神的弘扬；同时在对科学理论的态度上也就容易陷入决定论的泥淖。把科学理论简单地看作是经验的逻辑结果，往往认为它就是绝对客观的、正确的，不会出现错误的，其实不然。科学理论是人类理智的自由发明的思想使人们认识到，由于人是会犯错误的，科学理论也可以有错误， 因此科学上的争鸣就是必然和必要的。为发展科学，应该树立一种敢于进行理性批判，勇于修正错误的科学态度。进而，这种态度应该拓展到社会的一切方面、一切领域。科学在任何一个社会的发展，都不仅需要一定的物质条件，同时也需要一定的精神条件。在适宜的条件下，人类的理性创造会结出丰硕的果实。爱因斯坦很自然地反复申
12、述科学和哲学的相互作用：哲学需要科学，科学也需要哲学，他说，认识论要是不同科学接触，就会成为一个空架子。在物理学革命的进程中，爱因斯坦几乎涉猎了各派哲学，博采众长，为之所用。他的科学实践令人信服地表明：正确的哲学思想能够推进科学的发展。3结 论爱因斯坦能在错综复杂的矛盾面前，在各种各样纷乱的理论及假设中，在枯燥抽象的数学关系式里发现真理，这是他善于思考，开拓创新的结果。狭义相对论的创立突显了爱因斯坦怀疑传统，摆脱束缚，摒弃陈规的胆略和智慧，是科学创新的典范。参考文献：1 蓝爱群. 狭义相对论爱因斯坦科学创新的精美标本J. 广西教育学院学报,2009,102(4):140142. 2 爱因斯坦文集(第 2 卷)M. 北京：商务印书馆1983,8:831183 王士平. 对爱因斯坦建立相对论理论的科学哲学阐述文献题名J. 首都师范大学报（自然科学版）,1997,18(3):5557.
