相对论
读音：[xiang1 dui4 lun4]
二十世纪初叶以后，爱因斯坦（Albert Ein-stein，一八七九年~一九五五年）所完成的物理学理论体系。由一九○五年发表的与一九一五年发表的构成。前者为仅限于等速度直线运动的惯性系时，才能适用的理论；后者则是进一步扩展，就加速度系予以一般化，而以重力场支配的整个宇宙空间为对象的理论。相对原理相对论有一前提，即相对原理。伽利略（Galileo Galilei，一五六四年~一六四二年）与牛顿（Isaac Newton，一六四二年~一七二七年）力学的相对原理，是说明彼此于一直在线以一定速度进行运动的复数惯性系，呈完全相同状态，依此而成立的力学法则。惟此原理仅以运动学上的现象为对象，进而再假设光学上的现象亦包含在其中的理论，此称狭义相对原理。狭义相对论依据此狭义相对原理与光速不变原理的二项公理，而于纯数学上所导出的理论，即是狭义相对论。所谓光速不变原理，是谓彼此于同一直在线以一定速度进行运动的一切惯性系中，光速为一定不变。由于狭义相对论，使得既有时间、空间的观念彻底产生变革。（1）任何惯性系的物体运动皆不可能以超越光速的速度进行运动。此意味即使合成一种接近光速的速度，亦不会快过光速。（2）于观测者眼中，以接近光速的极快速度进行运动的物体，其长度比静止状态时更显缩短，此称“洛伦兹缩短”。（3）以接近光速的极快速度进行运动的物体，其质量将比静止状态时增加。（4）于惯性系以接近光速的极快速度进行运动时，时间的经过将比静止状态时变慢。蕌质量与能量为同等，可互相变换。消耗质量有可能取得莫大的能量，原子弹、氢弹、原子反应炉即是应用此项原理，以取出能量。上述的第（2）项为空间的相对性，第（4）项为时间的相对性。此于日常生活的范围里，并不能直接体验。仅于接近光速进行运动的基本粒子论的领域，才适用此一狭义相对论。矅广义相对论于狭义相对论里，是限定彼此于一直在线以一定速度进行运动的惯性系，其理论方可成立。爱因斯坦又更进一步加以扩展，而完成于任意进行加速度运动的一般座标系亦可适用的广义相对论。他着眼于进行加速度运动的座标系上，所产生的惯性力与重力不须特别予以区分，而发现狭义相对论所适用的惯性系与同样的重力场为等价的等价原理。进而又于重力不同，时间、空间上纵有变异，仍视为十分近似的微小领域上，再予以分割，使等价原理更为普及。如此，于复杂重力场存在的宇宙空间，对任何运动座标系皆可适用的理论便告完成，并取名为广义相对论。依此理论，而划分为重力场存在的空间与不存在的空间。于重力场不存在的空间里，欧几里德几何学成立，且空间不扭曲；惟于重力场存在的空间里，空间虽扭曲，仍可藉黎曼几何学予以说明。空间的曲率就该点而言，与物质系的能量密度呈正比，重力场极弱时，牛顿力学则以近似值成立。根据此一广义相对论，光线可通过被重力场扭曲的空间，光线在宇宙空间将产生偏移。爱因斯坦计算太阳所形成的重力场，而预测光线通过太阳面的附近时，将出现角度，惟仅弯曲一?七五秒。又就水星近日点的移动，提出说明，由于太阳周边的空间扭曲，所以水星的轨道并非完全椭圆的轨道，每绕一周，近日点亦产生移动。此项说明与观测获致的结果十分吻合。此外，来自远方的光线，其光谱是朝红色方向产生偏移的现象亦获确认，证实广义相对论的结果与事实十分吻合。又于理论上预测，重力极度集中的空间，有黑洞存在，认为天鹅座的伴星X1等的附近，很可能存有黑洞。至于我们宇宙是具负曲率的“封闭”空间、或具正曲率的“开放”空间，其结论仍有待今后的研究，惟红偏移将是膨胀宇宙模型的有利根据。
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