小時(shí)候我坐在一輛汽車上，觀察車下的行人。當(dāng)車還未啟動(dòng)時(shí)看見人們匆忙地往前行走或跑步，有的還拉著車、騎著 “洋馬兒” （在我兒時(shí)，人們稱 “自行車”為 “洋馬兒”）……，盡管他們的速度有快有慢，但都是忙著往前趕。而一旦汽車啟動(dòng)后這些人毫無例外的都在往后退。當(dāng)時(shí)我好奇地問坐在身邊的爸爸：“怎么剛才的人都在往前走，突然一下都向后退了呢？”原來這就是運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性！

我們知道，愛因斯坦的狹義相對(duì)論繼承了牛頓理論中的相對(duì)性原理，認(rèn)為人們對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)，必須借助于某個(gè)參考系，因此在一般情況下，人們的觀測(cè)結(jié)果，往往是與參考系的選擇有關(guān)的。但相對(duì)論原理指出：如果人們選用所謂的 “慣性參考系”那么，人們的觀測(cè)結(jié)果的動(dòng)力學(xué)描述，就不受參考系選擇的影響。牛頓的相對(duì)性原理僅僅是考慮機(jī)械運(yùn)動(dòng)的情況。但隨著電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，特別是關(guān)于光線在真空中是如何傳遞的研究引起人們懷疑相對(duì)性原理是否也適用于電動(dòng)力學(xué)？愛因斯坦發(fā)現(xiàn)只要我們?cè)谙鄬?duì)性原理的基礎(chǔ)上，加上真空中光速不變的公設(shè)，人們就可以類似于牛頓力學(xué)那樣，以大家熟悉的方法得到同時(shí)性的相對(duì)性，洛倫茲變換，以及同它們有關(guān)的關(guān)于運(yùn)動(dòng)的剛體和時(shí)鐘性狀的定律。這里，不妨讓我們先引用一段物理學(xué)家費(fèi)恩曼在他的 《物理學(xué)講義》中的一段敘述：

“兩百多年來，牛頓所闡明的運(yùn)動(dòng)方程一直被認(rèn)為是對(duì)自然的一種正確描述。第一次看出這些定律中存在的一個(gè)謬誤，并且找到了修正它的方法是在1905年，這兩件事都是愛因斯坦所提出的。”

馬的拉力是使馬車得到速度嗎

在日常生活中，我們要使一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，就必須對(duì)它施力。例如要使一輛馬車向前走，就必須套上馬來 “拉”。當(dāng)馬一旦停止拉車，車就會(huì)停下來。馬的拉力越大車就會(huì)跑得越快。因此人們自然想到，力的作用使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)速度。但牛頓通過反復(fù)試驗(yàn)和分析發(fā)現(xiàn)，力的作用，并不是使物體直接產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)速度，力的作用是使被作用物體得到與其質(zhì)量成反比的加速度，正是這個(gè)加速度將引起被作用物體速度的變化，牛頓用他的運(yùn)動(dòng)第二定律來表述這一特征?？捎梦淖?jǐn)⑹霰硎鋈缦拢喝绻麑?duì)一個(gè)物體施加某個(gè)外力F，則物體將得到一個(gè)加速度a，此加速度與物體的質(zhì)量m的乘積將恰好等于外力的大小。牛頓在敘述這一定律時(shí)默認(rèn)了這樣一個(gè)假定，即質(zhì)量m是個(gè)恒量，但是愛因斯坦認(rèn)為這并不正確，他認(rèn)為物體的質(zhì)量要隨著其速度的增加而增大。在經(jīng)愛因斯坦修正后的公式中，質(zhì)量所具有的數(shù)值將正比于它的 “靜止質(zhì)量”m0，它表示一個(gè)物體對(duì)于觀測(cè)者沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，而物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，與運(yùn)動(dòng)速度v和光速c的比值有關(guān)。而光速，約為3×108米/秒。這個(gè)質(zhì)量的修正，當(dāng)物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)光速足夠小時(shí)可以忽略不計(jì)，而當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度趨于光速時(shí)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量將趨于無限大。

費(fèi)曼指出：“對(duì)于那些只想學(xué)一點(diǎn)能夠解釋問題就行了的人來說，這個(gè)表述就是全部相對(duì)論了——它只是對(duì)質(zhì)量引入一個(gè)修正因子來改變一下牛頓定律。”

其實(shí)，上面關(guān)于 “力”的作用隨作用體和被作用體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的增加而變化的分析是正確的，而引入 “運(yùn)動(dòng)質(zhì)量”的概念是錯(cuò)誤的。因此它盡管也能解釋一些物理現(xiàn)象，但同時(shí)給物理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展留下了隱患。