爱因斯坦当年是如何创建狭义和广义相对论的？很多人都搞错了！

这个问题引起了众多读者的浓厚兴趣，他们急于知道爱因斯坦是如何发现相对论的，他是否通过实验的逐步验证和推理，还是仅仅运用了数学工具和物理概念。人们好奇地探究，爱因斯坦究竟是怎样萌生了创建相对论的念头，哪些历史背景和偶然事件推动了他，在同时代那么多权威物理学家未能做到的情况下，这个年轻的毕业生是如何取得这一成就的？这一系列问题不断地涌现。

这个问题颇具深度，如果要详细解答，非得长篇大论不可，我在这里仅做简要介绍。直截了当地回答你的问题：爱因斯坦的相对论是通过数学方法和物理概念推导出来的，与实验验证关系不大。

在相对论的早期发展阶段，其理论架构已非常成熟，但没有人相信爱因斯坦的理论，原因在于缺乏实验验证。直到1919年，爱丁顿观测到与广义相对论相吻合的日食现象，爱因斯坦和他的相对论才开始慢慢获得认可。而爱因斯坦提出狭义相对论的时间是1905年，两者相差了14年。

与迈克尔逊-莫雷实验没有关系

许多文献和教科书喜欢将迈克尔逊-莫雷实验作为相对论创建的背景。这种看法虽然表面看似合乎“科学”逻辑（即从一个违反常理的实验出发，进而揭示新理论），但实际上与事实不符。

爱因斯坦在1954年给达文波特的信中明确表示：“就我个人的思想发展而言，迈克尔逊-莫雷实验并未引起太大反响。我甚至记不清，在撰写关于这一主题的第一篇论文（即1905年的狭义相对论）时，我是否了解该实验。我的解释基于一般的理由，我坚定地相信不存在绝对运动，而我思考的问题是如何使这一观念与电动力学的知识相协调。”

爱因斯坦在多个场合都表达了类似的看法。无论是从爱因斯坦的思想发展轨迹还是他的学术论文内容，亦或是他的人品和道德来看，他的话都是值得信赖的。

实际上，一直关注迈克尔逊-莫雷实验并努力解决其他实验所提出的难题的是洛伦兹等当时的物理学界巨擘。而1905年时的爱因斯坦只是一位名不见经传的瑞士专利局职员，他既远离科学的中心，也与科学界的名流没有交集。因此，洛伦兹1895年后发表的论文，爱因斯坦几乎不可能看到，因为这些论文是用荷兰文在荷兰的期刊上发表的，德国皇家图书馆只有一份，且仅供当天借阅。当时，连柏林大学的普朗克的助手都得向洛伦兹索要论文副本，爱因斯坦这样地位低下的人物怎么可能接触到？

发现狭义相对论的经过

实际上，从爱因斯坦的信中，我们已经洞察到他发现狭义相对论的关键所在：“我坚信不存在绝对运动，而我所考虑的问题是如何使这一观念与电动力学的知识相协调。”

的确，爱因斯坦就是在尝试协调不存在绝对时空的电动力学与牛顿力学及麦克斯韦电磁学之间的矛盾时，意外地发现了狭义相对论。

在大学期间，爱因斯坦几乎不怎么上课，他都在研读麦克斯韦的电磁理论。毕竟，麦克斯韦方程组那美得令人惊叹的非现实性对任何对物理学感兴趣的人都极具吸引力；此外，爱因斯坦还从马赫、休谟、庞加莱等多位学者的著作中学到了批判性思考，这使他得以完全摆脱绝对时空观的束缚（当时许多物理学界的杰出人物隐隐约约都捕捉到了狭义相对论的一些线索，洛伦兹甚至已经推导出了洛伦兹变换，但正是因为他们无法摆脱绝对时空观的桎梏，才与相对论擦肩而过）。

有了这些背景知识，爱因斯坦便开始着手研究。年仅16岁的爱因斯坦就在思索一个问题：“如果我追逐一束光奔跑，会看到什么？如果我的速度达到光速，会看到什么？我会看到静止不动的光子吗？”（看看这位天才在16岁时思考的问题，真是令人叹为观止！）

在当时，人们已知光是一种电磁波，而麦克斯韦的方程组几乎是将电磁学的所有奥秘揭露无遗。爱因斯坦很快便发现了电磁学中的光速理论与绝对时空观之间的矛盾。例如，根据麦克斯韦的电磁学理论，真空中的光速是一个恒定值，它仅与真空的介电常数和磁导率有关，与光源的运动无关。但在牛顿的绝对时空观中，不同参考系中的速度应该相互加减，不可能两个参考系中的光速都是恒定的。

更棘手的是，在电磁学领域，麦克斯韦方程组不具备伽利略不变性，在伽利略变换下无法保持其原有形式，但在洛伦兹变换中却可以保持不变。

鉴于这些情况，爱因斯坦完全摒弃了牛顿的绝对时空观，提出了时空的相对性，并用洛伦兹变换取代了伽利略变换。接着，他将真空中光速的不变性作为一个基本假设，从这一新的起点重新推导了力学，由此诞生了狭义相对论。这个理论与实验几乎没有关系，完全是爱因斯坦基于新时空观自行推导得出的。

了解了爱因斯坦探究狭义相对论的历程，对于广义相对论的诞生便不难理解。狭义相对论在解决电磁领域与牛顿力学的争端、解答似迈克尔逊-莫雷实验的谜团方面效用显著，然而其应用受到严格限制：仅适用于无外界动力影响的平稳或匀速直线运动的惯性坐标系。

那么，这具体意味着什么呢？

意思是说，在不存在外力的状况下，物体保持静止或作匀速直线运动时，狭义相对论的法则才得以施展，外力导致的加速状态则令其无法套用。然而，在充满引力的地球表面，理想的惯性系几乎无从谈起，地心引力对狭义相对论构成了巨大挑战。 因此，为了将自身的理论革新推向新高度，爱因斯坦必须将狭义相对论的适用范围拓宽至包含非惯性系，必须要将引力纳入考量，在这样的探索下，最终孕育出了广义相对论。