爱因斯坦81斯塔克约稿论文1907.12.4
爱因斯坦81斯塔克约稿论文1907.12.4
1907年12月4日，约翰内斯·斯塔克的《放射性与电子学年鉴》收到了爱因斯坦的约稿论文，题为《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇论文中爱因斯坦对截止当时的狭义相对论相关工作进行了整理和归纳，使其更符合教科书似的严谨体例，不过具体的推导和论证较以前的狭义相对论论文更为简略，在论文的最后部分爱因斯坦还扩展提及了引力理论的基础构想，最早涉及了广义相对论的思想。
论文《关于相对性原理和由此得出的结论》可称为狭义相对论的总结和广义相对论的展望论文，简称为总结狭义和展望广义之文，再简略的话可以“总结展望论文”代指。
这篇论文共分为研究背景和研究目的介绍，以及正文的五大部分，20小节，全面梳理了爱因斯坦当时关于狭义相对论的工作，并在爱因斯坦已发表论文的基础上做了一定的拔高和书写规范化，比如光速符号由V改为了现在惯用的C，根据狭义相对论质点（电子）运动学部分提出了力的定义方程，当然方程的本质在以前论文中已有发表，但爱因斯坦在这篇总结展望论文中做了形式上的变化，使其形式更加规范而已。
在论文的研究背景部分，爱因斯坦首先以伽利略相对性原理拉开了话题，论述了以牛顿力学为根基的经典物理学对做匀速运动或静止状态的惯性系是平权的、等价的：
“如果人们按照下列方程：
x´=x-υt，
y´=y，
z´=z。
（注：这个方程也是狭义相对论静系和动系坐标变换的研究方程。）
把牛顿的运动方程从原来的坐标系变换到一个新的、相对于它作匀速平移运动的坐标系，那么牛顿的运动方程保持它原来的形式不变（注：牛顿运动方程惯性系平权）。
只要人们坚持整个物理学可以建筑在牛顿的运动方程的基础之上这一见解，那么人们就不能怀疑自然规律可以参照于相互作匀速(没有加速度)运动的坐标系中的任何一个，且其结果都是相同的（注：物理学惯性系平权）。”
接着，就是但是了，但是近期亨德里克·安东·洛伦兹（1853年7月18日-1928年2月4日，荷兰理论物理学家、1902年诺贝尔奖物理学奖获得者、数学家、经典电子论的创立者，洛伦兹变换公式的最早导出者）的研究表明在运动物体的电磁动力学领域自然规律同坐标系的运动状态有关，存在绝对的静止参照系以太：
“但是，由于对亨德里克·安东·洛伦兹的动体电动力学所作的卓越证明，自然规律同所用坐标系的运动状态无关这一点(以后简称为“相对性原理”)第一次发生了同题。因为那个理论是以有一种静止的、不动的光以太的预设为基础的，它的基本方程在应用上述变换方程时（注：牛顿运动方程），不能转换成同样的形式。”
牛顿运动方程貌似有问题了，而洛伦兹貌似也解决问题了，但是之后还有但是，但是洛伦兹理论立论基础的光以太实验中却测不到：
“自从那个理论（注：洛伦兹理论）被接受以来，人们必定会期待，地球相对于光以太的运动对光学现象的影响的证实将会成功。诚然，众所周知，洛伦兹在那篇论文中指明，按照他的基本假设，如果人们在计算中只限于那些其中仅出现相对速度对真空中光速之比υ/c的一阶的项，那么这种相对运动对光学实验中光线传播的影响就不会被发现。可是，迈克尔逊和莫雷的实验的否定结果表明：在某种特定场合下，连二阶效应(正比于υ2/c2)也不存在，尽管按照洛伦兹的理论基础它是必定可以在实验中观测到的。”
即使洛伦兹的理论假设能形式上消除理论同实验之间的矛盾，但他的解决方式也显得比较突兀和人为，不自然，进而不和谐：
“大家都知道，理论同实验之间的那种矛盾，通过亨德里克·安东·洛伦兹和菲茨杰拉德（Fitzgerald）的假设(根据这种假设，运动物体在运动方向发生一定的收缩)可以在形式上消除。但是，在这方面引进的这种特设假设，看来只是一种拯救理论的人为方法；迈克尔逊和莫雷的实验正好证明，在根据洛伦兹理论看来相对性原理不成立的地方（注：物理定律对惯性系不平权、不一样），现象却还是符合这个原理的（注：现象其实说明物理定律对惯性系平权、一样）。从而给人这样一种印象，似乎又必须抛弃洛伦兹理论，而代之以一个其基础同相对性原理相适应的理论（注：即承认物理定律惯性系平权的狭义相对论），因为这样一个理论允许一下子预见到迈克尔逊和莫雷实验的否定结果（注：没有光以太）。”
解决洛伦兹理论与相对性原理不合的方法其实很简单，简单到出乎意料，只要重新定义时间的概念，光以太便不存在了，相对性原理也成立了，洛伦兹理论也更明晰了，一切便都豁然开朗，一切也都和谐自然了：
“但是，事情显得出乎人们的意料，为了摆脱上述困难，只需要足够准确地表述时间概念就行了（注：狭义相对论的突破点）。需要认识的仅仅是，人们可以把洛伦兹引进的他称之为“地方时”的这个辅助量直接定义为“时间”。如果我们坚持上述的时间定义，并把前面的变换方程用符合新的时间概念的变换方程来代替，那么洛伦兹理论的基本方程就符合相对性原理了。这样，洛伦兹和菲茨杰拉德的假说就像是理论的必然结果。
（注：1895年洛伦兹以公式t´=t-px/V2x-py/V2y-pz/V2z定义了对于一个在以太中运动的参照构架的地方时t´，其中t是(普适)时间，p是相对于以太构架的运动构架中的速度矢量，而r=(x，y，z)是相对于以太构架的在该点计算地方时的点的位置矢量；
1904年洛伦兹用一个表达式定义了地方时，该表达式在形式等同于爱因斯坦1905年6月30日狭义相对论论文《论动体的电动力学》关于时间的坐标变换表达式。）
只有作为电力和磁力的载体的光以太的观念不再适合于这里提出的理论，因为电磁场在这里不再以某种物质的状态的身份出现（注：电磁场不再被看为是以太的运动），而它本身就是存在的物，它和有质物质是同一类东西，而且它也带有惯性的特征（注：根据质能方程，电磁场具有能量也就具有惯性质量）。”
上述就是“总结展望论文”的研究背景部分，之后，爱因斯坦简述了“总结展望论文”的研究目的，也即介绍了论文主要的研究内容：
“下面试图对迄今为止通过把洛伦兹的理论和相对性原理相结合而开展的工作作一总结。
在本文的前两部分讨论运动学基础以及它在麦克斯韦-洛伦兹理论的基本方程方面的应用，这里我依据了洛伦兹的论文《科学院会议报告》（1904年）和阿尔伯特·爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》（注：1905年6月30日的狭义相对论论文）。
在第一部分中，只应用了理论的运动学基础，我还探讨了几个光学问题(多普勒原理-光行差、运动物体引起的光的曳引)。关于这种处理方法的可能性，我仔细参考了马克斯·劳厄先生的一次谈话和一篇论文(劳厄1907)以及雅各布·劳布先生（JakobLaub，1882年-1962年，与威廉·维恩一起在维尔茨堡大学工作）的一篇(虽然需要修正的)论文《运动媒质的光学》。
第三部分发展了质点(电子)动力学。为了导出运动方程，我用了上面提到的我的论文中的同样的方法。力是像普朗克的论文中那样定义的。也采用了该文中质点运动方程的这样一种变换，它允许如此明晰地显示运动方程同经典力学运动方程的类似性。
第四部分探讨了从相对论导出的有关物理体系的能量和动量的有普遍意义的结论。这是在下列开创性的论文：
《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》（注：1905年9月27日的质能方程论文）和
《论相对性原理所要求的能量的惯性》（注：1907年5月14日的质能方程第三论文；
质能方程第二论文是1906年5月17日的《重心运动的守恒原理及能量的惯性》，这篇论文第二部分《关于重心运动的守恒原理》是三篇论文里数学和物理学最复杂的部分，也是在这篇新论文里被频繁使用的最复杂的部分。）
中建立的，但这里是用新的方法推导出来的。在我看来，这个方法可以使人特别清楚地看出这些应用同理论基础的联系。
这里还讨论了熵和温度对运动状态的相依关系。关于熵，我完全遵循刚才提到的普朗克的论文；关于运动体的温度，我所用的定义同莫根森先生（注：库尔德·冯·莫根森，KurdvonMonsengeil）关于运动的空腔辐射的论文一样。
第四部分最重要的结论是能量的惯性质量。这个结果提出了这样的问题：
能量是不是也具有重力(引力)质量？
进一步自然还会提出这样的问题：
相对性原理是不是只适用于非加速坐标系？为了不至于完全不探讨这些问题，我在本文中增加了第五部分，它包含了新的有关加速度和引力的相对论考察。（注：广义相对论的开端和肇始。）”
以上就是“总结展望论文”的研究背景和研究目的的全部内容。之后，就进入了论文的正文部分。
1907年12月4日，约翰内斯·斯塔克的《放射性与电子学年鉴》收到了爱因斯坦的约稿论文，题为《关于相对性原理和由此得出的结论》，在这篇论文中爱因斯坦对截止当时的狭义相对论相关工作进行了整理和归纳，使其更符合教科书似的严谨体例，不过具体的推导和论证较以前的狭义相对论论文更为简略，在论文的最后部分爱因斯坦还扩展提及了引力理论的基础构想，最早涉及了广义相对论的思想。
论文《关于相对性原理和由此得出的结论》可称为狭义相对论的总结和广义相对论的展望论文，简称为总结狭义和展望广义之文，再简略的话可以“总结展望论文”代指。
这篇论文共分为研究背景和研究目的介绍，以及正文的五大部分，20小节，全面梳理了爱因斯坦当时关于狭义相对论的工作，并在爱因斯坦已发表论文的基础上做了一定的拔高和书写规范化，比如光速符号由V改为了现在惯用的C，根据狭义相对论质点（电子）运动学部分提出了力的定义方程，当然方程的本质在以前论文中已有发表，但爱因斯坦在这篇总结展望论文中做了形式上的变化，使其形式更加规范而已。
在论文的研究背景部分，爱因斯坦首先以伽利略相对性原理拉开了话题，论述了以牛顿力学为根基的经典物理学对做匀速运动或静止状态的惯性系是平权的、等价的：
“如果人们按照下列方程：
x´=x-υt，
y´=y，
z´=z。
（注：这个方程也是狭义相对论静系和动系坐标变换的研究方程。）
把牛顿的运动方程从原来的坐标系变换到一个新的、相对于它作匀速平移运动的坐标系，那么牛顿的运动方程保持它原来的形式不变（注：牛顿运动方程惯性系平权）。
只要人们坚持整个物理学可以建筑在牛顿的运动方程的基础之上这一见解，那么人们就不能怀疑自然规律可以参照于相互作匀速(没有加速度)运动的坐标系中的任何一个，且其结果都是相同的（注：物理学惯性系平权）。”
接着，就是但是了，但是近期亨德里克·安东·洛伦兹（1853年7月18日-1928年2月4日，荷兰理论物理学家、1902年诺贝尔奖物理学奖获得者、数学家、经典电子论的创立者，洛伦兹变换公式的最早导出者）的研究表明在运动物体的电磁动力学领域自然规律同坐标系的运动状态有关，存在绝对的静止参照系以太：
“但是，由于对亨德里克·安东·洛伦兹的动体电动力学所作的卓越证明，自然规律同所用坐标系的运动状态无关这一点(以后简称为“相对性原理”)第一次发生了同题。因为那个理论是以有一种静止的、不动的光以太的预设为基础的，它的基本方程在应用上述变换方程时（注：牛顿运动方程），不能转换成同样的形式。”
牛顿运动方程貌似有问题了，而洛伦兹貌似也解决问题了，但是之后还有但是，但是洛伦兹理论立论基础的光以太实验中却测不到：
“自从那个理论（注：洛伦兹理论）被接受以来，人们必定会期待，地球相对于光以太的运动对光学现象的影响的证实将会成功。诚然，众所周知，洛伦兹在那篇论文中指明，按照他的基本假设，如果人们在计算中只限于那些其中仅出现相对速度对真空中光速之比υ/c的一阶的项，那么这种相对运动对光学实验中光线传播的影响就不会被发现。可是，迈克尔逊和莫雷的实验的否定结果表明：在某种特定场合下，连二阶效应(正比于υ2/c2)也不存在，尽管按照洛伦兹的理论基础它是必定可以在实验中观测到的。”
即使洛伦兹的理论假设能形式上消除理论同实验之间的矛盾，但他的解决方式也显得比较突兀和人为，不自然，进而不和谐：
“大家都知道，理论同实验之间的那种矛盾，通过亨德里克·安东·洛伦兹和菲茨杰拉德（Fitzgerald）的假设(根据这种假设，运动物体在运动方向发生一定的收缩)可以在形式上消除。但是，在这方面引进的这种特设假设，看来只是一种拯救理论的人为方法；迈克尔逊和莫雷的实验正好证明，在根据洛伦兹理论看来相对性原理不成立的地方（注：物理定律对惯性系不平权、不一样），现象却还是符合这个原理的（注：现象其实说明物理定律对惯性系平权、一样）。从而给人这样一种印象，似乎又必须抛弃洛伦兹理论，而代之以一个其基础同相对性原理相适应的理论（注：即承认物理定律惯性系平权的狭义相对论），因为这样一个理论允许一下子预见到迈克尔逊和莫雷实验的否定结果（注：没有光以太）。”
解决洛伦兹理论与相对性原理不合的方法其实很简单，简单到出乎意料，只要重新定义时间的概念，光以太便不存在了，相对性原理也成立了，洛伦兹理论也更明晰了，一切便都豁然开朗，一切也都和谐自然了：
“但是，事情显得出乎人们的意料，为了摆脱上述困难，只需要足够准确地表述时间概念就行了（注：狭义相对论的突破点）。需要认识的仅仅是，人们可以把洛伦兹引进的他称之为“地方时”的这个辅助量直接定义为“时间”。如果我们坚持上述的时间定义，并把前面的变换方程用符合新的时间概念的变换方程来代替，那么洛伦兹理论的基本方程就符合相对性原理了。这样，洛伦兹和菲茨杰拉德的假说就像是理论的必然结果。
（注：1895年洛伦兹以公式t´=t-px/V2x-py/V2y-pz/V2z定义了对于一个在以太中运动的参照构架的地方时t´，其中t是(普适)时间，p是相对于以太构架的运动构架中的速度矢量，而r=(x，y，z)是相对于以太构架的在该点计算地方时的点的位置矢量；
1904年洛伦兹用一个表达式定义了地方时，该表达式在形式等同于爱因斯坦1905年6月30日狭义相对论论文《论动体的电动力学》关于时间的坐标变换表达式。）
只有作为电力和磁力的载体的光以太的观念不再适合于这里提出的理论，因为电磁场在这里不再以某种物质的状态的身份出现（注：电磁场不再被看为是以太的运动），而它本身就是存在的物，它和有质物质是同一类东西，而且它也带有惯性的特征（注：根据质能方程，电磁场具有能量也就具有惯性质量）。”
上述就是“总结展望论文”的研究背景部分，之后，爱因斯坦简述了“总结展望论文”的研究目的，也即介绍了论文主要的研究内容：
“下面试图对迄今为止通过把洛伦兹的理论和相对性原理相结合而开展的工作作一总结。
在本文的前两部分讨论运动学基础以及它在麦克斯韦-洛伦兹理论的基本方程方面的应用，这里我依据了洛伦兹的论文《科学院会议报告》（1904年）和阿尔伯特·爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》（注：1905年6月30日的狭义相对论论文）。
在第一部分中，只应用了理论的运动学基础，我还探讨了几个光学问题(多普勒原理-光行差、运动物体引起的光的曳引)。关于这种处理方法的可能性，我仔细参考了马克斯·劳厄先生的一次谈话和一篇论文(劳厄1907)以及雅各布·劳布先生（JakobLaub，1882年-1962年，与威廉·维恩一起在维尔茨堡大学工作）的一篇(虽然需要修正的)论文《运动媒质的光学》。
第三部分发展了质点(电子)动力学。为了导出运动方程，我用了上面提到的我的论文中的同样的方法。力是像普朗克的论文中那样定义的。也采用了该文中质点运动方程的这样一种变换，它允许如此明晰地显示运动方程同经典力学运动方程的类似性。
第四部分探讨了从相对论导出的有关物理体系的能量和动量的有普遍意义的结论。这是在下列开创性的论文：
《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》（注：1905年9月27日的质能方程论文）和
《论相对性原理所要求的能量的惯性》（注：1907年5月14日的质能方程第三论文；
质能方程第二论文是1906年5月17日的《重心运动的守恒原理及能量的惯性》，这篇论文第二部分《关于重心运动的守恒原理》是三篇论文里数学和物理学最复杂的部分，也是在这篇新论文里被频繁使用的最复杂的部分。）
中建立的，但这里是用新的方法推导出来的。在我看来，这个方法可以使人特别清楚地看出这些应用同理论基础的联系。
这里还讨论了熵和温度对运动状态的相依关系。关于熵，我完全遵循刚才提到的普朗克的论文；关于运动体的温度，我所用的定义同莫根森先生（注：库尔德·冯·莫根森，KurdvonMonsengeil）关于运动的空腔辐射的论文一样。
第四部分最重要的结论是能量的惯性质量。这个结果提出了这样的问题：
能量是不是也具有重力(引力)质量？
进一步自然还会提出这样的问题：
相对性原理是不是只适用于非加速坐标系？为了不至于完全不探讨这些问题，我在本文中增加了第五部分，它包含了新的有关加速度和引力的相对论考察。（注：广义相对论的开端和肇始。）”
以上就是“总结展望论文”的研究背景和研究目的的全部内容。之后，就进入了论文的正文部分。
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