爱因斯坦的相对论是通过他做了大量的实验得出来的，还是通过他的想象得出来的？

贺宇宇

爱因斯坦是一位理论物理学家，而不是实验物理学家，他在创立相对论的过程中，并没有做过什么具体的实验，思想实验倒是有。不过，相对论也不是爱因斯坦凭空创立的，而是有着相应的时代背景。正所谓时势造英雄，爱因斯坦就是那个时候物理学界横空出世的英雄。

相对论有狭义和广义之分，区别就是有没有涉及到引力，前者没有，而后者有。在狭义相对论诞生之前，物理学界面临着一些难题。麦克斯韦得到了光速的计算公式，表明真空中的光速是一个定值，与参照系的选择似乎是无关的。不久后，迈克尔逊和莫雷通过精密的实验证实了光速不变的预言（这个实验最初是为了验证以太的存在，但后来成为光速不变原理的实验证据）。

对于上述现象，当时一些著名的物理学家试图修补经典物理学，例如，洛伦兹提出了长度收缩效应来解释光速的不变性。只有爱因斯坦提出了完全不同的解释，他认为光速不变是成立的，并且物理定律也是如此，由此他创立了狭义相对论。从中推导出的钟慢效应、质能方程，最终都得到了实验的证实。

由于引力无法纳入狭义相对论的框架，并且狭义相对论只能在惯性参照系中使用，所以爱因斯坦决定构建一种适用范围更为广泛的理论——广义相对论。广义相对论不但满足惯性参照系，而且还满足非惯性参照系。广义相对论的创立并没有基于任何实验，这一切都是靠爱因斯坦极为睿智的物理学思维而得到的。直到广义相对论诞生之后，它的预言才被实验逐一证实。

火星一号

我就只谈狭义相对论发现的过程，不谈广义相对论。

可能题主是学文科的，所以我尽可能用最简单的自然语言表达，所用到的数学方程只有一个，小学都学过的勾股定理。

所以，只要你集中一点精力阅读，我保证你能懂什么是狭义相对论。以及为什么相对论如此坚实可靠。

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爱因斯坦时代，当时最快的东西就是火车，狭义相对论讨论的是光速，当时的科技手段，怎么做实验验证相对论？

正因为当时不可能验证，被认为是人类理性智慧最高成就的相对论，是没有获得诺贝尔物理学奖的。

今天是怎么验证相对论的？

比如：飞机上放一个精确的原子钟（动钟）、发射卫星观察相对论效应（gps）、粒子加速器中加速基本粒子......等等。

爱因斯坦说：想象比知识更重要 。

但对一般人来说是想象是「意淫、白日梦、脑补」，对爱因斯坦来说却叫「理想实验」，或者是物理学家费曼说的「规范想象」。

狭义相对论是纯粹思想实验和逻辑推导，但是，即便当时没有很高的观测技术进行实验验证，也挑不出错误。

这是因为狭义相对论这是一个厚积薄发的过程，这是一个从伽利略、牛顿就开始的马拉松长跑，爱因斯坦是最后一棒，冲到了终点站。

狭义相对论所需要的两个科学原理：

是人类积累了几百年的认知，而且有其他科学家的实验验证（MM实验），以及电动力学的理论预言（麦克斯韦方程组）。

相对论就是在这两个原理之上的逻辑推导。下面，简单说一下这两个【第一原理】。

相对性原理：任何物理学实验都无法区分静止和匀速直线运动的参考系，一切物理学规律在惯性系中等价。

你在地球上跳高不需要考虑地球的自转和公转。如同你在匀速行驶的火车打乒乓球不需要考虑火车运动。

无论是地球、月亮上、外星球（惯性参考系系），物理规律是一样的，这几乎也是不证自明的。

我们人类去过最远的地方是月球，NASA的宇航员还特地验证铁锤和羽毛的下落速度一样。

我们可以推而广之，自由落体定律全宇宙都成立。所以，我们没去过火星，依然能将探测器送上火星。

这些都说明惯性系平权的，不存在一个特殊参考系，这些都是非常符合直觉，几乎不言自明，

所以，爱因斯坦将其上升全称判断：相对性原理（叫『公设、假设』都可以）。

「速度合成」和「伽利略变换」也就是说的运动的相对性，这很好懂：

比如：在匀速前进火车上，你拿一个小铁球松开，掉到火车地板上，你觉得铁球的下落是直线，但是相对地面观察者（地球这个惯性参考系），却是曲线。

图很渣，意思明白就行，

火车参考系，球的下落是直线

地球参考系：因为下落的过程中，火车在运动，地名观察者认为球的下落轨迹是曲线。（其实人也在动，这里没办法描述。）

说简单一点就是：你在行使的火车上将东西扔给同在火车另一个人，你根本无需考虑火车速度。但是，你要扔给火车外面的都人，就要考虑火车的速度了。

这些都是简单的常识，几乎不可能错。所以，相对性原理错了，那才是怪！

光速不变原理

光速不变原理不是常识，而且极其违背「速度合成」的直觉。但却是一个有着精确实验和电动力学理论推导作为支撑的的结论。

【迈克尔&莫雷实验】简称【MM实验】，是利用光的干涉原理做的实验，非常之精确，几厘米的误差都可以測出来。

这个实验是来找一种当时人们假设的光的传播介质「以太」的。

地球在公转，如果光的传播介质以太存在，根据速度合成，地球不同方向上光速是不一样的，可以通过干涉仪的干涉条纹观测到。

但是，【MM实验】显示无论是那个方向上的光速都一样。

这个实验结果让当时的科学界极为困惑，被称为「一朵乌云」，另一朵乌云叫做「紫外灾难」，催生了量子力学。

麦克斯韦建立的电磁学理论，预言了光是一种电磁波，那么速度就是一个常数C：

光速竟然是个常数，当时科学界逗比了，怎么想也想不通。

驱散乌云，以睹青天

当时名不见经传的爱因斯坦，玩了一个「哥白尼反转」。他说：

既然找不到以太，以太可能就是没有，不需要「以太」这个额外假设，也可以很好的解释。

只要愿意抛弃头脑中根深蒂固的绝对时空观，这个问题就迎刃而解。

这就是奥卡姆剃刀的典型运用:如无必要，勿增实体。

把以太用剃刀割掉，之后，再抛弃绝对时间这个概念，服从事实:光速才是唯一不变的标尺。

从数学角度很好办，但从物理学角度我们的脑子会被千百万年进化得到的常识所禁锢。

而理解相对论的诀窍就是抛弃“绝对时间”这个“常识”。

只要将光速不变当做原理和，以常数c不变量，进行逻辑推导，就得到了时空这个变量。

这个方程就是就是洛伦兹变换：

我就还是用渣图来讲解推导过程，前提是只要你懂勾股定理三条边之间的换算关系：

第一原理：光速为常数C （「相对性原理」是隐含前提）

火车以V速运动，由于光速不变，火车以外的人，看到光在T时间内走了一个斜线，：也即：它们的关系，可以用直角三角形表示，

引用勾股定理，可以推出火车外的测到的时间T：

t=1/C，二者比值：

所以，t和T的比值，永远小于1，也即【动钟慢】。

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造物主的语言:数学和逻辑

最简单的逻辑学告诉我们：

逻辑推导前提正确，形式正确，结论一定正确。这几乎是没有办法的驳倒、不言自明的结论。

综上所述，为什么狭义相对论可靠？

因为狭义相对论这幢大楼，建筑在稳固的根基之上。

狭义相对论的的推导前提：光速不变原理和相对性原理，这两个原理（Principle）非常稳固，是人类几百年来认知的沉淀，且从未发现反例。

相对论都是在这两个可靠原理之上逻辑推导，构建的「公理体系」，相当于几何学的定理，只要你承认公设（axiom），证明过程正确，结论就必然正确。

一切何科学理论都是这样的公理体系（axiom systems），环环相扣，你只有推翻原理公设，否则，不可能留缝隙给你。

今天的民间科学家很多连这个简单的道理都不懂。他们不理解科学研究范式，不明白如何在第一原理的基础上构建公理体系。可能是因为没有受过完整正规的学术训练有关。

「宇宙之书」的是上帝用数学写就的，科学确定性、精确性，正是因为应用了数学和逻辑。

小汉字见大历史

基本上可以认为是爱因斯坦想象出来的，不过中间也有爱因斯坦大量的数学计算，比如广义相对论公式，运用到了的微积分等复杂的数学运算。

狭义相对论基于两个前提：光速不变原理和相对性原理。简单解释，光速不变指的是在任何惯性参照系下光速都不变，而相对性原理指的是在所有的惯性参考系中都有相同的表现形式。

光速不变原理原理在求解麦克斯韦方程组中得到的，并由迈克尔逊-莫雷实验证明，爱因斯坦以光速不变原理为基础，推导出了著名的狭义相对论，包含四个方程式，其中一个就是洛伦兹变换！

而广义相对论更体现除了爱因斯坦高超的智商和不同常人的思维方式。他发现自己的狭义相对论有瑕疵，只适用于惯性参考系，当引力开始起作用时，在非惯性参照系中并不能适用！

于是爱因斯坦大胆假想了他的广义相对论，同样基于两个原理：引力和加速度等效，引力的本质是时空弯曲！

广义相对论刚提出是并没有得到广泛认可，因为它缺乏实验证据，不过随着时间推移，科学家们证实了广义相对论，比如说引力波，引力透像，还有白矮星的质量上限等！

所以，相对论一开始想象成分更多，这也更能体现出爱因斯坦与众不同的思维方式和异于常人的智商！

宇宙探索

这个问题分两部分。

首先是狭义相对论的部分，在这一部分，其实是有一些实验基础的。最重要的实验当然是麦克尔逊莫雷实验，他们本来想测量出地球相对于绝对静止空间的运动，用的是光学干涉的方法，仪器的精密度是够的。但他们没有测量到地球相对于绝对静止空间的运动，这是一件很奇怪的事情。他们没有办法解释，后来爱因斯坦发现他们的实验中用到了一个假设：光的速度可以叠加上地球的运动速度。爱因斯坦推翻了这个假设，换了一个新的假设：光的速度不可以叠加上地球的运动速度，光速永远是光速，不会变的。所以，这个思路一下就推出了一个更震撼的结论：绝对静止的空间，不存在的！这是狭义相对论的基本逻辑过程，是有实验基础的，当然不是大量的实验，也就一个实验。

其次是广义相对论部分，那是没有实验的，有水星近日点的观测数据，但爱因斯坦也是后来才想起这些数据的，一开始爱因斯坦是完全用逻辑思维推出广义相对论的。我觉得你的用词是错误的，这不是“想象”出来的，而是用逻辑的推演的。

潇轩

很遗憾地告诉题主，都不是！爱因斯坦是靠运气得到相对论的。我十分诚恳地告诉题主：相对论和量子力学都是靠运气获得的。

在狭义相对论建立以前，洛伦兹通过假设存在一种我们今天叫做“洛伦兹收缩”的真实收缩，便可以在以太理论上解释一切！这不需要相对论，就可以很好地解决问题了。洛伦兹不是靠想象获得这一收缩的，而是计算。题主自己也可以根据迈克尔逊-莫雷实验在以太理论上算出洛伦兹收缩。换句话，如果没有爱因斯坦，狭义相对论已经有诞生的可能性了。但是洛伦兹所谓的收缩是真实的收缩，后来的实验观测显示，不存在这样的真实收缩。爱因斯坦是如何获得狭义相对论的呢？其实爱因斯坦知道一个天文学观测结果：光行差实验。这个实验可以也可以在以太理论上算出洛伦兹收缩。洛伦兹收缩是狭义相对论的核心。只要有了这个东西，狭义相对论就很容易建立。爱因斯坦之所以能建立狭义相对论，和他的直觉有一定关系，但是我觉得还不如说他的运气好。因为抛弃以太不一定就是对的，或许前面说的那个实验支持了洛伦兹收缩是真实收缩，进而证明以太是需要的！面对同样的洛伦兹收缩，爱因斯坦和洛伦兹的选择截然不同：爱因斯坦放弃了以太，而洛伦兹坚持以太。换句话，每个人都是50%的胜率，爱因斯坦的获胜在这个意义上纯属运气！最终历史记住了爱因斯坦相对论，忘记了洛伦兹的以太理论。

运气好是成功物理学家普遍的特点。运气不好的基本成为不了优秀的物理学家。比如说后来的量子力学，海森伯和薛定谔两个人在两条不同的路上探索量子力学。薛定谔在一开始走了一个不算错误的错误之路，结果落后于海森伯！这就是运气，薛定谔如果一开始就沿着他后来的路走，那么第一个提出量子力学的就可能不是海森伯了！薛定谔的错误之路被后来的三个人走通了，这反过来说明薛定谔的运气确实不好。

此外，还有霍金，霍金运气是好的。无论是黑洞熵还是黑洞辐射，都不是霍金的首创，而是别人有了想法，霍金给算出来了！如果霍金运气差，或许提出这些想法的人就已经算好了，论文也发了，霍金就只能继续躺在病床上无人问津！

所以，我比较坚信：运气是成功者最重要的力量之一。【最近读了一篇讨论运气对学术研究成功率贡献程度的文章。我觉得写得很有道理，因为它的观点和我的观点不谋而合。】

当然，光有运气也不行，还需要坚实的物理数学基础，否则算出洛伦兹收缩就是一个巨大的拦路虎！爱因斯坦提出相对论，尤其是广义相对论，数学曾一度让他心力憔悴！所以，除了运气就是坚实的功底。

科学联盟

爱因斯坦的相对论分为“狭义相对论”和“广义相对论”。但是无论是“狭义相对论”还是“广义相对论”最初都是通过思想实验和逻辑推导而得出来的。

其实爱因斯坦最擅长的就是“思维实验”。无论是在相对论的得出，还是在量子力学的论战中，爱因斯坦都将其使用的淋漓尽致。当年在第五届塞尔维会议上，当时几乎所有的重量级的物理学家都集中于此，爱因斯坦就是在此提出了“光匣子”思维实验，此实验刚一提出，差点将整个量子力学打入万劫不复之地，这可不是开玩笑，若不是当时著名的物理学家玻尔（也就是量子力学哥本哈根学派的代表人物）竭尽全力，苦思冥想最终找到了“光匣子”实验的破绽，彻底的推翻了“光匣子”的结论。从这以后，量子力学的魅力才真正折服了所有的物理学家，正式被物理学界所接受。当然，怀疑反对量子力学的事情一直都在发生，但是却没人能给出令人信服的理论来。

其实我们可以从上面的“光匣子”实验可以看出，爱因斯坦是多么的擅长利用思维实验来解决物理难题。我们也知道当年的“狭义相对论”也正是基于爱因斯坦的思维实验上而推论而来的，看过狭义相对论的人都会被爱因斯坦的想象力和无懈可击的逻辑思维所折服。整个狭义相对论有两个最基本原理，一个是相对性原理，另一个就是“光速不变原理”。除了狭义相对论之外，还有广义相对论的提出，这个就更是很少有人懂了，广义相对论的所有结论也是根据爱因斯坦的“思维实验”推导而来的，其中最著名的原理就是“等效原理”，爱因斯坦第一次将“引力质量”等效为“惯性质量”。就是如此一个开创性的做法，使得整个广义相对论的难度瞬间飙升。

也正行为爱因斯坦的相对论基本上是完全依靠“思维实验”而完成的，但是没有经过真正的科学实验验证，得不到实验数据的支持，爱因斯坦始终都没有在相对论上获得过诺贝尔物理学奖。而是在他看来并不起眼的“光电效应”的论文上获得了他一生唯一一次诺贝尔奖。

其实这并不是讽刺他，恰恰相反，这更表明了爱因斯坦的伟大之处，以及他的思想是如此的超出常人，以至于后来人都争相恐后的研究他的相对论。也有人说，爱因斯坦得到诺贝尔奖并不是爱因斯坦的荣誉，而是诺贝尔奖的荣誉。虽然这已经言过其实了，但是放在爱因斯坦身上也并没有什么不对。

最后用爱因斯坦的名言结个尾：“想象力比知识更重要”！

科学与历史爱好者

老爱的相对论其实都是无法经过检验的假说而己，因为光速的速度实在是太快，目前还无法用试验的方法检验正伪，只是通过一些数学计算而得知可能存在的情况而形成的假说，例如黑洞、时间亏损、质量亏损等。所有这些都不能说它对与错，如果你认为是错的，那么你必须能做一个试验证明它是错的，但做这样的试验几乎没什么门路，哪怕是一亿亿年后也无法做这样的验证试验。尽管如此，人们宁愿相信老爱的理论正确！因为他是名人，曾获诺奖！

光岩64074803

相对论是建立在一个前提假说作为基础，经过数学推导得出的结论。

前提假说就是光速不变，光具有波粒二象性。

爱因斯坦通过坐标代换，证明空间和时间相对性。观察得出的结论与所处的参照系有关。

天明遥遥山海关

这是个谬论当道的大时代真科学被无情边缘化了！别无知的认为爱因斯坦推翻了牛定律，那叫痴人说梦！相对论就是地心说的阴魂复活，它在自然真象面前就是一地乱鸡毛！牛力学是几千年人类认识自然的大集大成是对自然普适的规律的准确描述，谁俢正谁是倒霉蛋！相对论是个啥鬼不过是爱氏闭门造车的嬉耍猴子的唯心怪胎，宇宙的运动是绝对的何来的静质量，相对论中的静质量m0是怎么确定的？世人从来不探究这个至命死结问题，都只会人云亦云的闭着眼睛说胡话，所以不反相对论就是真的不懂相对论，相对论的错是根本之错只能无情的铲除毫无俢正价值！物理学中的静质量，动质量，光速上限统统是相对论杜撰的违背客观自然规律的谬论谎言！不是你错了，是相对论这个怪胎错了，以地球为参考系就天真的认为地球就是静止的就得到了静质量这种让猴子们都笑掉牙的怪论还被学界奉为圭臬真是人类科学史上的大悲哀！。爱因斯坦都尿裤子的问题！两个等质量的静止人互推对方就会等速分离运动并产生动质量增大，请回答他们增大的质量从何而来？张双南，袁岚峰两楼主的回答很明白就是说相对论中的动质量增大就是胡说八道的谎言，既然两个等质量的人相推无法产生动质量增大，难道以小推大或以大推小就能产生动质量增大吗，低速时无法产生难道高速时就能产生动质量增大吗！动质量，静质量高能物理学中的这对难兄难弟还要愚民多久，耍猴多久才能被扫入垃圾桶中，全世界人民视目以待！

绿水青山48936175

科学是建立在一定的思想文化基础之上的，科学家要有超前意识，更必须具有一定的组织思维能力与创造想象能力，是毋庸置疑的，实验只是采取的一种验证手段和检验方法。科学思想理论体系是一个庞大的自然综合体系，它的建立和发展需要几代人甚至几十代的努力与付出。因此实验不是取得科学成功和理论突破的唯一途径。正如西医找不到经络，说中医是伪科学。其实，经络是一个有似于上帝的庞大的神经网络体系，随着现代科学技术的相互融入与贯通，它已早已突破了传统观念的局限与束缚，被逐步拓展扩充延伸到了自然语言系统，生命科学，信息技术，生物工程，人工智能以及天擎引能计划与擎天启能工程的探索和应用当中。因此，采用西医的各种实验和手段是很难得到这些检验和结果的。科学是人的思想意识的伟大突破和对时空概念的超越，穿越时空建设对于人类意味着什么？意味着我们已经登上了神灵的宝座。人类为什么要研究神学，神学会给我们带来更多的快乐与收获。