爱因斯坦建立新引力理论的最初尝试

虽然洛仑兹与庞加莱对洛仑兹变换都有着农厚的兴趣，但是真正能够理解它，并赋予它物理实在意义的却是爱因斯坦。在这方面，他们之间的主要差异就在于对时间，即同时性的理解。只有认识到，时间与空时不可分割，它们统一在同一个变换方式之中，才能真正地把洛仑兹变换当成一种物理实在，而不仅仅是一种数学手段。

1905 年，爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》论文①，“爱因斯坦用他的相对论发动了物理科学中的一次思想革命”②，在这篇论文中，爱因斯坦是这样总结的，“狭义相对论导致了空间和时间物理概念的清楚解释，并且由此认识到运动着的量杆和时钟的行为。它在原则上取消了绝对同时性概念，从而也取消了牛顿所理解的那个即时超距作用概念。它指出在处理同光速相比不是小到可忽略的运动时，运动定律必须加以修改。它导致了麦克斯韦电磁方程形式上的澄清，特别是导致了对电场和磁场本质上同一性的解释。它把动量守恒和能量守恒这两条定律统一成一条定律， 并且指出了质量与能量的等效性。”① 1907 年，爱因斯坦又在《关于相对论原理和由此得出的结论》论文中②，进一步阐明 E=mc2 的意义。1906 年，相对论的最早支持者普朗克证明③，运动方程可以借助引入拉格朗日函数 L=-m0c2（1-v2/c2）1/2 利用最小作用量原理推出。1907 年，担任普朗克助教的德国物理学家劳厄(Laue, Max The odor Felixvon1879～1960) 运用相对论运动学导出了菲涅耳曳引系数，并解释了菲索实验。1909 年美国物理学家刘易斯(Lewis, G.N.)和托尔曼对具有绝对时空观的牛顿力学进行了改造，引入了相对论动量，使动量守恒与能量守恒定律具有了协变形式，为相对论动力学研究奠定了坚实的基础。在这些成果中，最引人瞩目的、也是对广义相对论的建立最具有影响的是闵可夫斯基四维时空的提出。1908 年 9 月 21 日在科隆举行的第八届德国自然科学家和医生大会上， 闵可夫斯基做了《空间和时间》的著名讲演。闵可夫斯基不仅是爱因斯坦以外，第一个明确了时空观念的变化，同时还利用他的四维时空给予了相对论理论一个非常优美和简洁的数学形式。他的四维理论在简化了相对论理论体系的同时，也成为狭义相对论向广义相对论过渡的连接纽带，自然为广义相对论的建成奠定了基础。

狭义相对论的两个缺陷是明显的，①它依赖于惯性系，并承认它的特殊地位。②在它的理论框架中，不包容引力理论。最初，爱因斯坦试图在狭义相对论的理论框架之中，建立一个新的相对论理论，以包容引力理论。“最简单的作法是当然保留拉普拉斯的引力标量势，并用一个关于时间微分项，以明显的方式来补足泊松方程，使狭义相对论得到满足。”① 但是， 很快地他就察觉到了其中的困难，而且意识到“虽然惯性和能量之间的关系已经如此美妙地从狭义相对论中推导了出来，但是惯性和引力之间的关系却没能得以说明，我猜想，这个关系是不能依靠狭义相对论来说明的。”