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物理学发展简史一、引言物理学作为自然科学的重要分支，研究物质的性质、运动和相互作用规律。
它的发展历程可以追溯到古代，经历了数千年的演变和积累。
本文将从古代物理学的雏形开始，梳理物理学的发展历史，介绍关键人物和重要理论的出现，以及对现代物理学的影响。
二、古代物理学的雏形古代物理学的起源可以追溯到古希腊时期。
早在公元前6世纪，希腊哲学家毕达哥拉斯提出了“万物皆数”的观念，认为宇宙的本质是数。
此后，柏拉图和亚里士多德等哲学家对物质构成和运动提出了不同的理论。
其中，亚里士多德的自然哲学成为古代物理学的主流思想，他认为天体运动是由于物体天然的趋向性和四个元素的相互作用。
三、近代物理学的奠基1. 哥白尼的日心说16世纪，波兰天文学家哥白尼提出了日心说，认为地球是宇宙的中心，行星和恒星围绕太阳运动。
这一理论颠覆了古代的地心说，对物理学发展起到了重要的推动作用。
2. 牛顿的经典力学17世纪，英国科学家牛顿提出了经典力学的三大定律。
他通过研究物体的运动和力的关系，建立了质点力学的基础。
牛顿的研究成果对后来的物理学发展产生了深远的影响，被誉为物理学史上的里程碑之一。
四、电磁学的兴起1. 麦克斯韦的电磁理论19世纪，苏格兰物理学家麦克斯韦提出了电磁场理论，将电学和磁学统一起来。
他的四个麦克斯韦方程式描述了电磁场的本质和传播规律，为电磁学的发展奠定了基础。
2. 雷诺兹的流体力学19世纪，英国物理学家雷诺兹研究了流体的运动和力学规律，提出了著名的雷诺兹数。
他的研究对流体力学的发展产生了重要影响，为后来的科学家提供了理论基础。
五、量子力学的开创20世纪初，量子力学的出现彻底颠覆了经典物理学的观念，成为物理学发展的重要里程碑。
1. 普朗克的量子理论德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时，提出了能量量子化的概念。
他的量子理论揭示了物质微观世界的奇特性质，为后来的量子力学奠定了基础。
2. 玻尔的原子模型丹麦物理学家玻尔在普朗克的理论基础上，提出了原子的量子理论。
广义相对论导论概述说明以及解释1. 引言1.1 概述广义相对论是物理学中一门重要的理论，它提供了描述引力的全面框架。
由爱因斯坦在20世纪初提出，并经过多次实验证实，广义相对论已经成为现代物理学不可或缺的组成部分。
本文将对广义相对论进行概述、说明以及解释，以帮助读者更好地理解这一复杂但又创造性的理论。
1.2 文章结构该文章分为以下几个部分：2. 广义相对论导论：介绍广义相对论的定义、背景、原理和基本概念，以及其发展历程和重要里程碑。
3. 广义相对论的主要内容：探讨等效原理与引力场方程、时空曲率与引力波，以及黑洞与弯曲时空的性质。
4. 广义相对论在宇宙学中的应用：研究宇宙膨胀与宇宙学常数、大爆炸理论及其研究进展，以及暗物质和暗能量的作用与研究进展。
5. 结论与展望：总结主要观点和发现结果，并展望未来广义相对论研究的方向和挑战。
通过这样的结构，读者能够逐步了解广义相对论的基本概念和关键内容，并了解其在宇宙学中的重要应用。
1.3 目的本文的目的是介绍广义相对论这一复杂而有趣的物理学理论。
我们将从广义相对论导论开始，深入探讨其定义、背景以及基本原理。
接着，我们将讨论广义相对论的主要内容，涉及到等效原理、引力场方程、时空曲率、引力波以及黑洞等重要概念。
然后，我们会阐述广义相对论在宇宙学中的应用，包括宇宙膨胀、大爆炸理论、暗物质和暗能量等方面。
最后，我们将通过总结发现结果和展望未来研究方向来结束文章。
希望通过这篇文章，读者能够初步了解广义相对论，并意识到其在现代物理学中的重要性和广泛应用。
也希望读者能够产生兴趣，并进一步深入研究广义相对论这一领域。
2. 广义相对论导论:广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种物理理论，用于描述引力的运动规律和时空结构。
在广义相对论中，引力被解释为时空的弯曲效应，物体沿着弯曲时空产生运动。
本节将介绍广义相对论的定义、背景、原理和基本概念，并回顾其发展历程和重要里程碑。
2.1 定义和背景:广义相对论是一种几何理论，它描述了引力的性质以及由物体和能量分布所引起的时空弯曲。
高等广义相对论
高等广义相对论是爱因斯坦创立的一种物理学理论，它是爱因斯坦在研究狭义相对论的基础上发展起来的。
相对论是一种描述时空结构和引力作用的理论，它对于解释宇宙的演化和物质的性质有着重要的作用。
在高等广义相对论中，爱因斯坦提出了时空的弯曲概念。
他认为物质和能量的存在会使时空发生弯曲，从而影响物体的运动轨迹。
这种弯曲可以用引力场来描述，引力场的强弱取决于物体的质量和能量分布。
相对论还指出，时间和空间是相互关联的，它们不再是绝对的，而是与物体的运动状态有关。
在高速运动或强引力场中，时间会变得缓慢，空间也会发生扭曲。
这种现象称为时空弯曲效应，它在实际生活中得到了验证。
高等广义相对论还解释了宇宙的起源和演化。
它认为宇宙是由一个初始的奇点爆发而来的，从而产生了宇宙的扩张。
随着时间的推移，宇宙不断地膨胀，星系和星云形成了宇宙的结构。
相对论还预测了黑洞的存在，黑洞是一种极度强大的引力场，吞噬一切物质和能量。
高等广义相对论在物理学领域有着广泛的应用。
它不仅解释了宇宙的演化和结构，还揭示了微观粒子的性质和相互作用。
相对论的发展对于人类认识世界的深入和科学技术的进步起到了重要作用。
高等广义相对论是一种重要的物理学理论，它揭示了时空的弯曲和引力的起源，解释了宇宙的演化和物质的性质。
相对论的发展对于人类认识世界的深入和科学技术的进步具有重要的意义。
通过研究相对论，我们可以更好地理解自然界的规律，并推动科学的发展。
物理学发展历程一、古代物理学的发展在古代，人们对物质和运动的规律进行了观察和研究。
早期的物理学思想主要由古希腊的哲学家提出，如柏拉图和亚里士多德等。
他们提出了关于天体和物质的各种假设和观点，但缺乏实验证据。
二、实证主义的兴起17世纪，随着实证科学的兴起，物理学开始朝着实证主义的方向发展。
伽利略·伽利莱通过实验和观察，发现了自由落体和摆钟的规律，提出了相对运动的概念。
他的研究方法成为了现代物理学的基础。
三、牛顿力学的建立17世纪末，艾萨克·牛顿提出了力学的基本原理，即牛顿三定律。
他运用数学工具，成功描述了天体运动的规律，并建立了经典力学的体系。
牛顿力学成为了物理学的基石，为后续学科奠定了基础。
四、电磁学和热力学的发展18世纪末到19世纪初，由法拉第、欧姆、安培等科学家的研究，奠定了电磁学的基础。
迈克尔·法拉第提出了电磁感应定律和电磁场的概念，从而建立了电磁学的基本理论。
与此同时，热力学的发展也取得了重要进展。
提出了能量守恒和熵增原理等基本理论，解释了热现象的本质，为工业革命和能源应用做出了贡献。
五、相对论和量子力学的出现20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，颠覆了牛顿力学的观念，提出了时间和空间的相对性以及引力的几何描述。
此后，量子力学的出现进一步挑战了经典物理学的观念，揭示了微观世界的奇特规律。
六、现代物理学的发展21世纪，物理学正朝着更深入、更广泛和更应用的方向发展。
许多新领域的研究涉及基本粒子物理学、宇宙学、量子计算和纳米技术等。
尽管我们对宇宙和微观世界的理解仍有限，但不断的实验和理论推动着物理学的前进。
相对论的两个基本原理是相对论是物理学中关于时间、空间、速度和引力的理论。
它由爱因斯坦于20世纪初提出，并在科学界产生了深远的影响。
相对论的发展以及其两个基本原理的阐述，为我们提供了一种完全不同于牛顿力学的描述物质和能量相互关系的方式。
相对论的两个基本原理分别是：相对性原理和光速不变原理。
第一个基本原理是相对性原理。
它提出，自然规律在所有惯性参考系中都应该具有相同的形式。
也就是说，物理规律不会随着观察者所处的参考系的不同而产生变化。
相对性原理打破了牛顿力学中绝对时空观念，强调了相对于观察者而言的运动状态的重要性。
例如，一个在火车上的人相对于火车是静止的，但相对于站在月台上的人则是以火车的速度在运动的。
相对性原理让我们意识到，运动状态是与观察者相关的，而不是绝对的。
第二个基本原理是光速不变原理。
它指出，光在真空中传播的速度在任何惯性参考系中都是常数，即光速是不变的。
无论观察者是以何种速度相对于光源运动，或者以何种速度相对于其他物体运动，他们测量到的光速都是相同的。
这个原理是与牛顿力学中的加速度有关的速度叠加原理不同的，在相对论中，速度实际上不会直接叠加。
光速不变原理的提出，奠定了相对论的基础，也为后来的时间膨胀和相对论效应提供了理论依据。
这两个基本原理共同构成了相对论的基础，相对论则通过推导出一系列的效应和公式，彻底改变了我们对于时间、空间和引力的认识。
例如，相对论预测了时钟走慢、长度收缩、质量增加等效应，这些效应在高速运动和强引力的情况下会变得明显。
相对论也成功地解释了光的折射、光的色散、行星轨道的进动和星体的弯曲等现象。
总结来说，相对论的两个基本原理分别是相对性原理和光速不变原理。
它们为相对论理论提供了坚实的基础，扩展了我们对于时间、空间和引力的认识，并广泛应用于现代物理学领域。
相对论的提出彻底改变了我们对自然界的理解，是20世纪最重要的科学成果之一。
相对论是什么意思？相对论是最基础的物理学理论之一。
它是描述物质运动规律的基石，被视为人类智慧的结晶。
那么，相对论到底是什么意思？接下来就来详细地讲解一下。
1.相对论的基本概念相对论提供了一种描述不同速度下物体的运动轨迹和物理规律，与经典力学有着明显的区别。
根据爱因斯坦的相对性原理，每个物体都有相对运动的状态，物理规律不应依赖于观察者的运动状态而变化。
这就意味着，对于任意两个运动状态不同的观察者，他们对于物理事件的描述都是正确的。
这个理论被归为狭义相对论。
另外，实验结果也证实了质量与能量的等效性定理，即知名的质能方程E=mc²。
这个方程在物理学、核科学等领域中被频繁使用。
2.相对论在科学研究中的应用相对论的许多应用可以被看作在高速运动下的规律。
例如，通过预测氢原子的能级结构，相对论可以解释氢原子谱线的细分结构。
在无线电和雷达技术中，通过相对论计算和预测粒子的移动速度和方向。
在通信领域中，高速运动的卫星通信需要通过相对论来解决信号延迟和扰动问题。
有趣的是，由于相对论的时间膨胀特性，如果我们在地球上的卫星状态与我们距离很远的星际尘云相同，那么我们就可以看到大量时间已经过去，甚至可以看到现在已经不存在的事物。
3.相对论的影响相对论理论的发展以及其在科技领域中的应用，为人类改善生活，促进科技发展的进一步演进做出了巨大的贡献。
同时，相对论的诞生和演化，也是人类科学思维能力和综合素质的体现。
人们在实践中和理论中克服许多困难，造就了相对论的光辉历程。
总的来说，相对论的意义，不只在于在物理学领域内提出了许多重要理论和受到广泛的研究，也在于此后许多分支学科共同发展出了整个知识体系，更深刻地解释了物理现象。
相对论的理论内容向我们展示了非常重要的新概念，并且产生了深远的影响，也鼓舞了人们挑战性极大的科学、工程和技术难题。
物理学发展简史一、引言物理学作为自然科学的一门学科，研究物质的性质、运动和相互作用规律。
它的发展可以追溯到古代的希腊和中国，经历了数千年的演变和进步。
本文将从古代物理学的起源开始，逐步介绍物理学的发展历程，包括经典物理学和现代物理学的重要里程碑。
二、古代物理学的起源1. 古希腊物理学的开端古希腊是物理学发展的重要起源地之一。
早在公元前6世纪，古希腊哲学家毕达哥拉斯提出了宇宙是由数字和几何构成的观念，奠定了物理学的基础。
他的学生们继续探索自然界，包括提出了著名的原子论和运动学理论。
2. 古代中国的物理学贡献古代中国也有独特的物理学贡献。
中国古代科学家对天文学和地球物理学有着深入的研究，例如天文观测和地震测量。
此外，中国古代还有许多发明和发现，如指南针、火药等，对物理学的发展起到了重要作用。
三、经典物理学的发展1. 牛顿力学的奠基17世纪，英国科学家牛顿提出了经典力学的三大定律，即牛顿运动定律。
这一理论解释了物体的运动规律，并建立了质点力学的基础。
牛顿力学成为了经典物理学的重要组成部分，对后来的物理学发展产生了深远影响。
2. 热力学与热学定律18世纪，热力学的发展成为了物理学的另一个重要分支。
热力学研究了物体的热力学性质，如温度、热量和热力学定律。
这一领域的突破包括卡诺循环和热力学第一、第二定律的提出，为工业革命和能源利用提供了理论基础。
3. 电磁学的崛起19世纪，电磁学的发展成为经典物理学的又一个重要分支。
电磁学研究了电荷和电磁场的相互作用规律，包括库仑定律和麦克斯韦方程组的建立。
这一领域的发展推动了电力工业和通信技术的进步。
四、现代物理学的重要里程碑1. 相对论的提出20世纪初，爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，彻底改变了人们对时空和物质的认识。
相对论解释了运动物体的性质，揭示了质能等价原理，并预言了黑洞和引力波等现象。
2. 量子力学的建立20世纪20年代，量子力学的建立标志着物理学的又一次革命。
数学中的相对论相对论是由爱因斯坦提出并发展起来的一套物理学理论，主要描述了物体在高速运动和有引力场的情况下的运动规律。
然而，相对论不仅仅适用于物理学领域，它也在数学中起着重要的作用。
本文将介绍数学中相对论的概念和应用。
一、相对论的基本概念相对论中的核心思想是物体在不同参考系下的观测结果会有所不同。
在数学中的表达方式是通过坐标系的变换来描述维度之间的关系。
我们通常使用的笛卡尔坐标系是一种特殊的坐标系，而相对论引入了洛伦兹变换来描述高速运动下的坐标变换。
二、相对论的数学应用1. 高速运动下的时间膨胀根据相对论的原理，物体在高速运动下会感受到时间的膨胀。
这在数学中可以通过洛伦兹变换的时间部分来表示。
例如，在一个高速运动的参考系中，时间会相对于静止参考系变慢。
这个概念在物理学和工程学中有重要的应用。
2. 空间的收缩效应相对论还指出，高速运动物体在其运动方向上的长度会出现收缩。
这也可以通过洛伦兹变换的空间部分来描述。
数学上，我们可以通过线性代数和矩阵运算来计算不同参考系下的长度变化。
3. 能量-动量关系相对论还推导出了质能和动量之间的关系，即著名的E=mc²公式。
在数学中，我们可以通过引入四维动量来描述这种关系，其中时间部分是能量，空间部分是动量，而质量则可以看作是能量和动量之间的转换。
4. 引力的几何描述相对论中还提出了著名的广义相对论，它将引力场描述为时空的弯曲。
数学上，我们可以使用黎曼度量和曲率张量来描述时空的几何结构，从而解释引力的起源和性质。
三、相对论在数学中的意义1. 拓展了几何学的应用范围相对论引入了非欧几何和黎曼几何的概念，拓展了几何学的应用范围。
在相对论的框架下，我们可以更好地研究时空的结构和性质，从而推动了几何学的发展。
2. 提供了新的计算方法相对论的数学框架也为计算提供了新的方法。
例如，矩阵运算、张量分析和微分几何等工具在相对论中得到了广泛运用，从而为计算提供了更高效和准确的方法。
相对论的建立和发展主讲人：郑勇一、历史背景以太假说著名的以太实验光行差实验布拉德雷（1728），阿拉果（1810），爱里（1817）
部分曳引实验斐索（1851），霍克（1868），迈克尔逊--莫雷（1886），肯定了菲涅尔部分曳引假说
偏振面旋转实验法拉第(1945年发现)，玛斯卡特(1872)，瑞利(1902)，布雷斯（1905)，洛仑兹理论顶计有10-4的效应，实验未得到。
干涉仪实验迈克耳孙(1881)，迈克耳孙一莫雷(1887)，有利于斯托克斯完全曳引假说。以太实验的否定结果。促使人们对以太和绝对坐标系的存在产生了怀疑。19世纪后半叶，光速的精确测定为光速的不变性提供了实验依据。1890年赫兹把麦克斯韦电磁场方程改造得更加简洁。他明确指出，电磁波的波速（即光速）C，与波源的运动速度无关。可见，从电磁理论出发，光速的不变性是很自然的结论。然而这个结论却与力学中的伽利略变换抵触。
海因里希·鲁道夫·赫兹为了解决这些矛盾，洛仑兹在1892年一方面提出了长度收缩假说，用以解释以太漂移的零结果;另一方面发展了动体的电动力学。他假设以太是绝对静止的，从他的电磁理论推出了菲涅耳曳引系数。
随后，又在1895年与1904年先后建立一阶与二阶变换理论，他力图使电磁场方程适用于不同的惯性坐标系。然而尽管他的理论能够解释一些理象，(例如能解释为什么探测不到地球相对于以太的运动)，但却是在保留以太的前提下，采取修补的办法，人为地引入了大量假设，致使概念繁琐，理论庞杂，缺乏逻辑的完备性和体系的严密性。
亨德里克·安东·洛伦兹法国著名科学家彭加勒(Henri Poincare )对洛仑兹理论起过积极作用。他在1895年就对用长度收缩假说解释以太漂移的零结果表示不同看法。他提出了相对性原理的概念，认为物理学的基本规律应该不随坐标系变化。规律应该不随坐标系变化。他的批评促使洛仑兹提出时空变换的方程式。
1904年彭加勒正式表述了相对性原理。他在一次演说中讲道:“根据这个原理，无论对于固定的观察者还是对于正在作匀速运动的观察者，物理定律应该是相同的。因此没有任何实验方法可以用来识别我们自身是否处于匀速运动之中。”
亨利·庞加莱然而彭加勒也没有跳出绝对时空观的框架。他们已经走到了狭义相对论的边缘，却没有能够创立狭义相对论。历史的重任只能由没有传统思想抱负而有独立批判精神的年轻学者爱因斯坦来承担。
爱因斯坦庞加莱猜想1904年，庞加莱在一篇论文中提出了一个看似很简单的拓扑学的猜想：在一个三维空间中，假如每一条封闭的曲线都能收缩到一点，那么这个空间一定是一个三维的圆球。但1905年发现其中的错误，修改为：“任何与n维球面同伦的n维封闭流形必定同胚于n维球面。”后来这个猜想被推广至三维以上空间，被称为“高维庞加莱猜想”。庞加莱二、爱因斯坦创建狭义相对论的经过爱因斯坦，德国人，有犹太血统，1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学，1901年入瑞士国籍，大学毕业两年后才在伯尔尼瑞士专利局找到技术员的工作。就在专利局工作期间，1905年头几个月一连发表了四篇重要论文，分别在辐射理论、分子运动论和力学与电动力学的基础理论等三个不同的领域提出了新的见解。《论动体的电动力学》一文更具有划时代的意义，文中第一次提出了崭新的时间空间理论，一举解决了光速的不变性与速度合成法则之间的矛盾以及电磁理论中的不对称等难题。爱因斯坦把这个理论称为相对性理论，简称相对论，后来又叫狭义相对论。
《论动体的电动力学》狭义相对论是爱因斯坦伟大的一生中取得的第一项重大成果，是他在前人的基础上经过长期的酝酿和探索才取得的。我们在学习相对论时，很自然要问，为什么是爱因斯坦而不是别人创建了狭义相对论?爱因斯坦受到过那些启发，抓住了什么关键，找到了什么突破口，才取得如此重大的成果的呢?根据爱因斯坦1946年写的《自述》和1922年在日本京都大学的讲演：《我是怎样创立狭义相对论的?》以及其它资料，我们可以追溯他走过的道路。
早在16岁（1895年）时，爱因斯坦就开始思考这样一个问题：“如果我以速度（真空中的光速）追随光线运动，我应当看到这样一条光线就好象一个在空中振荡着而停滞不前的电磁场。可是无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。”其实这是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽思想。不久爱因斯坦得知迈克耳孙一莫雷实验的零结果。他由此认识到，地球相对于以太的运动是不能用任何仪器测量的。他继续回忆说：“如果承认迈克耳孙的零结果是事实，那么地球相对于以太运动的想法就是错的，这是引导我走向狭义相对论的第一步。”后来，爱因斯坦读到了洛仑兹1895年的论文，对洛仑兹方程发生了兴趣。他很欣赏洛仑兹方程不但适用于真空中的参照系，而且适用于运动物体的参照系。他试图用洛仑兹方程讨论斐索的流水中光速实验。当时他坚信麦克斯韦和洛仑兹电动力学方程是正确的。
但是进一步推算，发现要保持这些方程对动体参照系同样有效，必然导致光速不变性的概念，而光速的不变性明显地与力学的速度合成法则相抵触。为什么这两个概念会相互矛盾呢?爱因斯坦苦思不得其解。起初他想修改洛仑兹的观念，以解决这个矛盾，结果白白花了一年时间，没有取得进展。
爱因斯坦回忆：“忽然我领悟到这个问题的症结所在。这个间题的答案来自对时间概念的分析，不可能绝对地确定时间，在时间和信号速度之间有着不可分割的联系。利用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。”1.物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的那一个并无关系，(相对性原理)。2.任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度v运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的，(光速不变原理)。
爱因斯坦明确指出：在他的理论里，以太的概念将是多余的，因为这里不需要特设的绝对静止参照系。
不出五个星期，(1905年6月)，爱因斯坦就写好了那篇历史性文献《论动体的电动力学》，1905年9月发表在著名的德文杂志《物理学年鉴》上。在这篇论文中，爱因斯坦十分果断地把相对性原理和光速不变原理这两条看起来似乎矛盾的设想放在一起作为基本出发点。他称之为两条公设，内容如下：爱因斯坦之所以能够如此利落地摒弃旧的一套时空观，是因为他经过十年的思索，查考了一系列物理学中的矛盾，总结了各方面的事实，充分认识到绝对空间和绝对时间是人为的，多余的概念。
爱因斯坦追求的目标是普遍性的自然法则。他在《自述》中写道：“不论是力学还是热力学(除非在极限情况下)都不能要求严格有效。渐渐地我对那种根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了。我努力得愈久，就愈加失望，也就愈加确信，只有发现一个普遍形式的原理，才能使我们得到可靠的结果。我认为热力学就是放在我面前的一个范例。”哲学的思考也是引导爱因斯坦前进的重要因素。在《自述》中他这样讲道:“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里，任何想要令人满意地澄清这个悖论的尝试都是注定要失败的。清楚地认识到公理以及它的任意性实际上就意味着间题的解决。爱因斯坦年少时期就对哲学很有兴趣。康德的《纯粹理性批判》，马赫的《力学史评》都给了他深刻的影响。
1902年前后，爱因斯坦和几个年轻朋友组成“奥林比亚科学院”每晚聚在一起，研读斯宾诺莎、休谟、彭加勒等人的科学和哲学著作。斯宾诺莎关于自然界统一的思想，休谟的时空观，马赫对牛顿绝对时空观的批判都引起爱因斯坦极大的兴趣。
奥林比亚科学院三、狭义相对论理论体系的建立爱因斯坦创建狭义相对论的过程是非常曲折的。爱因斯坦和洛伦兹不同，他不是人为地拼凑出种种假设，企图解释地球相对于光以太运动的零结果，而是把它当做自由界普遍规律的表现，从中领悟到这正是相对性原理在力学领域和电磁学领域普遍成立的证明；并且因此概括出了光速不变性原理。爱因斯坦首先讨论了“同时性”的定义。他说“凡是时间在里面起作用的我们的一切判断，总是关于同时的事件的判断。”
爱因斯坦指出，这种用静止在静止坐标系中的钟来定义的时间只是“静系时间”
爱因斯坦以两个公设为依据来考察长度和时间的相对性。1.物理体系的状态据以变化的定律，同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。（相对性原理）2.任何光线在'静止的'坐标系中都是以确定的速度V运动着，不管这道光线是由静止的还是运动的物体发出来的。（光速不变性原理）长度收缩我们观察一个半径为R的刚性球（在静止时看来是球形的物体），它相对于动系k是静止的，它的中心在k的坐标原点上。这个球以速度相对K系（另一静止参考系）运动着，它的球面方程是：
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用x，y，z来表示，在t=0，这个球面的方程是2222
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