因处于两大矛盾之中

爱因斯坦在《自述》中说，在大学时代，最使他着迷的课题是麦克斯韦理论。他在大学头一年就自学了基尔霍夫、亥姆霍兹、赫兹等人的著作， 在后两年又学习了洛仑兹的著作。从这些著作中他首先吸取了光速不变性以及电磁场方程协变性的概念。

早在 1865 年，在麦克斯韦的《电磁场的动力理论》中，就从波动方程

中得出电磁波的传播速度v = 1 / εμ，ε和μ分别是介质的介电常量和磁导

率。对于在真空中传播的电磁波，其波速等于光速c，c = 1

为一常

量。1890 年，赫兹在写出静止以太参考系中的波动方程时，明确指出波速c 与波源的运动速度无关。洛伦兹在探讨运动参考系中的波动方程时，始终把光速不变性作为一个限制条件，作为他写出的变换式是否正确的准绳。所以，爱因斯坦在《相对论的基本思想》中指出：“从麦克斯韦-洛伦兹电动力学出发，这个理论采纳了光速不变定律(光速不变原理)。”[9]

洛伦兹在确立他的变换方程时，除了要满足光速不变性的要求外，还要满足协变性的要求，即用洛伦兹变换式来计算从一个惯性系转移到另一个惯性系的变化时，必须要求物理学的一切方程都不改变它们的形式。爱因斯坦在《相对论发展简述》中说：“洛伦兹理论的重大价值在于使静止物体和运动物体的全部电动力学回到了空虚空间的麦克斯韦方程。”[9] 这句话的意思就是说运动参考系中的麦克斯韦方程与静止参考系中的麦克斯韦方程具有相同的形式。

但是洛伦兹理论在一个“有根本性重要意义的地方”使爱因斯坦感到不满，“比起别的运动参考系来，它给以太静止参考系以突出的地位，在这一点上，这个理论与相对性原理相对立。”而爱因斯坦对相对性原理是确信不疑的。他认识到一切经验，包括电动力学领域里的一切经验(特别是迈克耳孙实验)都支持一切惯性系的等效性这个概念，也就是说都是支持相对性原理的。

当时，在确信伽利略变换是正确的前提下，爱因斯坦遇到了一个带根本性的问题：狭义相对性原理同麦克斯韦方程相矛盾。如果按照伽利略变换，麦克斯韦方程在不同参考系中就具有不同的形式，这就违背了相对性原理，由于爱因斯坦对相对性原理是确信的，所以他对麦克斯韦方程产生了怀疑，花了一些时间试图修正麦克斯韦方程。“如果麦克斯韦方程对一个系统是正确的，那么它们在另一个系统中就不正确了。它们应当加以变化。那些年，爱因斯坦用研究和尝试改变麦克斯韦方程的途径试图弄清楚这个问题。他没有取得成功⋯⋯”[2]，“白白用了近一年时间”。

这时，他还遇到了另一对矛盾：光速不变与速度合成法则相矛盾。他试图用麦克斯韦-洛伦兹方程处理菲佐关于曳引系数的实验，他相信“这些方程是正确的，它们恰当地描述了事实，它们在运动坐标系的正确性表明

了所谓光速不变的关系⋯⋯可是，这与从力学中所了解的速度合成法则却格格不入”，“他尝试用某种方法将力学方程和电磁现象统一起来，他遇到了困难”。[2]他一度产生了对光速不变性的怀疑：“必须克服的困难是我们早已想到又不得不放弃真空中光速的不变性。只是在探索若干年后， 我才注意到这个困难是建立在运动基本概念的任意性上[大概是同时性(simultaneity)这类概念]。”[1]