相对论

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相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是光速不变原理，相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。奠定了经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观条件下的物体。相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”，“四维时空”“弯曲空间”等全新的概念。

[编辑] 狭义相对论

主條目：狭义相对论

爱因斯坦在他1905年的论文《论动体的电动力学》中介绍了狭义相对论。狭义相对论考虑的是观察者在惯性参考系内，也就是以恒定的速度相对于另一个观察者的参考系。事实上任何一个实验都不能决定哪一个参考系是绝对的静止。这也被称为“相对性理论”。这个理论对于爱因斯坦的工作并不是全新的，他发现在这个理论（包括电磁在内）需要一个新的形式表达，而这个表达引发了惊人的结果。特别的，这个理论需要光速在真空中对于任何观察者是不变的，不论观察者或光源怎样的运动。
狭义相对论的一个长处是，他的结论可以由以下两个论点推出：

物理规律在任何的惯性参考系中是相同的。这意味着物理规律对于一个在具有相对性的质子上的观察者和一根静止在实验室里的观察者是相同的。
光速在真空中是恒定不变的(具体讲是299,792,458米每秒)。

[编辑] 广义相对论

主條目：廣義相對論

广义相对论是爱因斯坦在1915年发表的理论。爱因斯坦提出“等效原理”，即引力和惯性力是等效的。这一原理建立在引力质量与惯性质量的等价性上(目前实验证实,在 $10 - 12$ 的精确度范围内,仍没有看到引力质量与惯性质量的差别)。根据等效原理，爱因斯坦把狭义相对性原理推广为广义相对性原理，即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。物体的运动方程即该参考系中的测地线方程。测地线方程与物体自身故有性质无关，只取决于时空局域几何性质。而引力正是时空局域几何性质的表现。物质质量的存在会造成时空的弯曲，在弯曲的时空中，物体仍然顺着最短距离进行运动(即沿着测地线运动——在欧氏空间中即是直线运动)，如地球在太阳造成的弯曲时空中的测地线运动，实际是绕着太阳转，造成引力作用效应。正如在弯曲的地球表面上，如果以直线运动，实际是绕着地球表面的大圆走。