【內文試閱】
論動體的電動力學（1905）
大家知道，馬克士威電動力學——像現在通常為人們所理解的那樣——應用到運動的物體上時，就要引起一些不對稱，而這種不對稱似乎不是現象所固有的。比如設想一個磁體與一個導體之間的電動力的相互作用。在這裏，可觀察到的現象只與導體和磁體的相對運動有關，可是按照通常的看法，這兩個物體之中，究竟是這個在運動，還是那個在運動，卻是截然不同的兩回事。如果是磁體在運動，導體靜止著，那麼在磁體附近就會出現一個具有一定能量的電場，它在導體各部分所在的地方產生一股電流。但是如果磁體是靜止的，而導體在運動，那麼磁體附近就沒有電場，可是在導體中卻有一電動勢，這種電 勢本身雖然並不相當於能量，但是它——假定這 所考慮的兩種情況中的相對運動是相等的——卻會引起電流，這種電流的大小和路線都同前一情況中由電力所產生的一樣。
諸如此類的例子，以及企圖證實地球相對於「光媒質」運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想：絕對靜止這個概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性，倒是應當認為，凡是對力學方程式適用的一切座標系，對於上述電動力學和光學的定律也一樣適用，對於第一級微量來說，這是已經證明了的。我們要把這個猜想（它的內容以後就稱之為「相對 原理」）提升為公設，並且還要引進另一條在表面上看來同它不相容的公設：光在真空裏總是以一確定的速度c傳播著，這速度同發射體的運動狀態無關。由這兩條公設，根據靜體的馬克士威理論，就足以得到一個簡單而又不自相矛盾的動體電動力學。「光以太」的引用將被證明是多餘的，因為按照這裏所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的「絕對靜止的空間」，也不需要給發生電磁過程的真空中的每個點規定一個速度向量。
這裏所要闡明的理論——像其他各種電動力學一樣——是以剛體的運動學為根據的，因為任何這種理論所講的，都是關於剛體（座標系）、時鐘和電磁過程之間的關係。對這種情況考慮不足，就是動體電動力學目前所必須克服的那些困難的根源。
廣義相對論的基礎（1916）
A. 對相對性公設的原則性考查
§1.對狹義相對論的評述
狹義相對論是以下面的公設為基礎的（而伽利略—牛頓的力學也滿足這個公設）：如果選取一個座標系K，使物理定律參照於這個座標系得以最簡單的形式成立，那麼對於任何另一個相對於K做勻速平移運 的座標系K'，這些定律也同樣成立。這條公設我們叫它「狹義相對性原理」。「狹義」（speziell）這個詞表示這條原理限制在K'對K做勻速平移運 的情況，但K'同K的等效 並沒有擴充到K'對K做非勻速運動的情況。
因此，狹義相對論同古典力學的分歧，不是由於相對性原理，而只是由於真空中光速不變的公設，由這公設，結合狹義相對性原理，以大家都知道的方法，得出了同時性的相對性，洛倫茲變換，以及同它們有關的關於運動的剛體和時鐘性狀的定律。
狹義相對論使空間和時間的理論所受的修改確實是深刻的，但在一個重要之點卻保持原封未動。即使依照狹義相對論，幾何定律也都被直接解釋為關於（靜止）固體可能的相對位置的定律；而且，更一般地把運動學定律解釋成為描述量具和時鐘之間關係的定律。對於一個靜止（剛）體上兩個選定的質點，總對應著一個長度完全確定的距離，這距離同剛體所在的地點和它的取向都無關，而且也同時間無關。對於一隻與（特許的）參考座標系相對靜止的時鐘上兩個選定的指標位置，總對應著一個具有一定長度的時間間隔，這個間隔同地點和時間無關。我們馬上就要指出，廣義相對論就不能再固執堅持這種關於空間和時間的簡單物理解釋了。
§2.擴充相對性公設的緣由
在古典力學裏，同樣也在狹義相對論裏，有一個固有的認識論上的缺點，這個缺點恐怕是由馬赫（Ernst Mach）最先清楚地指出來的。我們用下面的例子來闡明它：兩個同樣大小和同樣性質的流質物體在空間自由地飄蕩著，它們相互之間（以及同一切別的物體）的距離都是如此之大，以至於只要考慮各個物體自身各部分相互作用的那些引力就行了。設這兩個物體之間的距離不變，各個物體自身的各部分彼此不發生相對運 動。但當這兩個物體中的任何一個——從對另一物體相對靜止的觀察者來判斷——以恆定的角速度繞著兩者的連線在轉動（這是一種可以驗證的兩個物體的相對運動）時，在讓我們設想，借助於一些（相對靜止的）量桿來測定這兩個物體（S1和S2）的表面；結果是S1的表面是球面，而S2的表面是回轉橢球面。
現在我們要問：為什麼這兩個物體S1和S2的形狀有這樣的差別呢？對於這個問題的答案所根據的事實只有它是可觀察的經驗事實時，才能在認識論上被認為是令人滿意的答案；因為，只有當可觀察到的事實最終表現為原因和結果時，因果律才具有一個關於經驗世界的陳述的意義。
牛頓力學在這問題上沒有給出令人滿意的答案。它的說法如下：對於物體S1對之是靜止的那個空間R1，力學定律是適用的；但對於物體S2是靜止的空間R2，力學定律則不適用。但這樣引進（對它做相對運動的）特許的伽利略空間R1，不過是一種純虛構的原因，而不是可被觀察的事實。因此，顯然在所考查的情況下，牛頓力學實際上並不滿足因果性的要求，而只是表面上滿足而已，因為它用純虛構的原因R1來說明S1和S2兩物體的可觀察到的不同 狀。
對上述問題的一個令人滿意的答案只能這樣說：由S1和S2所組成的物理體系，僅僅由它本身顯示不出任何可想像的原因，能說明S1和S2的這種不同形狀。所以這原因必定是在這個體系的外面。我們得到這樣一種理解，即認為那個特別決定著S1和S2形狀的普遍的運動定律必定是這樣的：S1和S2的力學性狀在十分主要的方面必定是由遠處的物體共同決定的，而我們沒有把這些物體估計在所考查的這個體系裏。這些遠處的物體（以及它們對所考查物體的相對運動），就被看成是我們所考查的這兩個物體S1和S2有不同性狀的原因所在，並且原則上是可被觀察的；它們承擔著那個虛構的原因R1的作用。如果要不使上述認識論的指摘再復活起來，一切可想像的、彼此相對做任何一類運 的空間R1，R2等之中，就沒有一個可以先驗地被看成是特許的。物理學的定律必須具有這樣的性質，它們對於以無論哪種方式運動著的參考座標系都是成立的。循著這條道路，我們就到達了相對 公設的擴充。
除了這個有分量的認識論的論證外，還有一個為擴充相對論辯護的著名物理事實。設K是一個伽利略參考座標系，那是這樣的一種參考座標系，相對於它（至少在所考查的四維區域內），有一個同別的物體離得足夠遠的物體在做直線的勻速運動。設K'是第二個座標系，它相對於K做均勻加速的平移運動。因此，一個離別的物體足夠遠的物體，相對於K'該有一加速運動，而其加速度及其加速度的方向都同這一物體的物質組成和物理狀態無關。
一位對K'相對靜止的觀察者能否由此得出結論，說他是在一個「真正的」加速參考座標系之中呢？回答是否定的；因為相對於K'自由運動的物體的上述性狀可以用下面的方式作同樣恰當的解釋。參考座標系K'不是加速的；可是在所討論的時間—空間領域裏有一個引力場在支配著，它使物體得到了相對於K'的加速運 。
這種觀點所以成為可能，是因為經驗告訴我們，存在一種力場（即引力場），它具有給一切物體以同樣的加速度那樣一種值得注意的性質。物體相對於K'的力學性狀，同在那些被我們習慣上當做「靜止的」或者當做「特許的」參考座標系中所經驗到的物體的力學性狀，都是一樣的；因此，從物理學的立場看來，就很容易承認，K和K'這兩參考座標系都有同樣的權利可被看做是「靜止的」，也就是說，作為對現象的物理描述的參考座標系，它們都有同等的權利。
根據這些考慮就會看到，廣義相對論的建立，同時必定會導致一種引力論，因為我們只要僅僅改變座標系就能「產生」一種引力場。我們也就立即可知，真空中光速不變原理必須加以修改。因為我們不難看出，如果參照K，光是以一定的不變速度沿著直線傳播的，那麼參照於K'，光線的路程一般必定是曲線。
論動體的電動力學（1905）
大家知道，馬克士威電動力學——像現在通常為人們所理解的那樣——應用到運動的物體上時，就要引起一些不對稱，而這種不對稱似乎不是現象所固有的。比如設想一個磁體與一個導體之間的電動力的相互作用。在這裏，可觀察到的現象只與導體和磁體的相對運動有關，可是按照通常的看法，這兩個物體之中，究竟是這個在運動，還是那個在運動，卻是截然不同的兩回事。如果是磁體在運動，導體靜止著，那麼在磁體附近就會出現一個具有一定能量的電場，它在導體各部分所在的地方產生一股電流。但是如果磁體是靜止的，而導體在運動，那麼磁體附近就沒有電場，可是在導體中卻有一電動勢，這種電 勢本身雖然並不相當於能量，但是它——假定這 所考慮的兩種情況中的相對運動是相等的——卻會引起電流，這種電流的大小和路線都同前一情況中由電力所產生的一樣。
諸如此類的例子，以及企圖證實地球相對於「光媒質」運動的實驗的失敗，引起了這樣一種猜想：絕對靜止這個概念，不僅在力學中，而且在電動力學中也不符合現象的特性，倒是應當認為，凡是對力學方程式適用的一切座標系，對於上述電動力學和光學的定律也一樣適用，對於第一級微量來說，這是已經證明了的。我們要把這個猜想（它的內容以後就稱之為「相對 原理」）提升為公設，並且還要引進另一條在表面上看來同它不相容的公設：光在真空裏總是以一確定的速度c傳播著，這速度同發射體的運動狀態無關。由這兩條公設，根據靜體的馬克士威理論，就足以得到一個簡單而又不自相矛盾的動體電動力學。「光以太」的引用將被證明是多餘的，因為按照這裏所要闡明的見解，既不需要引進一個具有特殊性質的「絕對靜止的空間」，也不需要給發生電磁過程的真空中的每個點規定一個速度向量。
這裏所要闡明的理論——像其他各種電動力學一樣——是以剛體的運動學為根據的，因為任何這種理論所講的，都是關於剛體（座標系）、時鐘和電磁過程之間的關係。對這種情況考慮不足，就是動體電動力學目前所必須克服的那些困難的根源。
廣義相對論的基礎（1916）
A. 對相對性公設的原則性考查
§1.對狹義相對論的評述
狹義相對論是以下面的公設為基礎的（而伽利略—牛頓的力學也滿足這個公設）：如果選取一個座標系K，使物理定律參照於這個座標系得以最簡單的形式成立，那麼對於任何另一個相對於K做勻速平移運 的座標系K'，這些定律也同樣成立。這條公設我們叫它「狹義相對性原理」。「狹義」（speziell）這個詞表示這條原理限制在K'對K做勻速平移運 的情況，但K'同K的等效 並沒有擴充到K'對K做非勻速運動的情況。
因此，狹義相對論同古典力學的分歧，不是由於相對性原理，而只是由於真空中光速不變的公設，由這公設，結合狹義相對性原理，以大家都知道的方法，得出了同時性的相對性，洛倫茲變換，以及同它們有關的關於運動的剛體和時鐘性狀的定律。
狹義相對論使空間和時間的理論所受的修改確實是深刻的，但在一個重要之點卻保持原封未動。即使依照狹義相對論，幾何定律也都被直接解釋為關於（靜止）固體可能的相對位置的定律；而且，更一般地把運動學定律解釋成為描述量具和時鐘之間關係的定律。對於一個靜止（剛）體上兩個選定的質點，總對應著一個長度完全確定的距離，這距離同剛體所在的地點和它的取向都無關，而且也同時間無關。對於一隻與（特許的）參考座標系相對靜止的時鐘上兩個選定的指標位置，總對應著一個具有一定長度的時間間隔，這個間隔同地點和時間無關。我們馬上就要指出，廣義相對論就不能再固執堅持這種關於空間和時間的簡單物理解釋了。
§2.擴充相對性公設的緣由
在古典力學裏，同樣也在狹義相對論裏，有一個固有的認識論上的缺點，這個缺點恐怕是由馬赫（Ernst Mach）最先清楚地指出來的。我們用下面的例子來闡明它：兩個同樣大小和同樣性質的流質物體在空間自由地飄蕩著，它們相互之間（以及同一切別的物體）的距離都是如此之大，以至於只要考慮各個物體自身各部分相互作用的那些引力就行了。設這兩個物體之間的距離不變，各個物體自身的各部分彼此不發生相對運 動。但當這兩個物體中的任何一個——從對另一物體相對靜止的觀察者來判斷——以恆定的角速度繞著兩者的連線在轉動（這是一種可以驗證的兩個物體的相對運動）時，在讓我們設想，借助於一些（相對靜止的）量桿來測定這兩個物體（S1和S2）的表面；結果是S1的表面是球面，而S2的表面是回轉橢球面。
現在我們要問：為什麼這兩個物體S1和S2的形狀有這樣的差別呢？對於這個問題的答案所根據的事實只有它是可觀察的經驗事實時，才能在認識論上被認為是令人滿意的答案；因為，只有當可觀察到的事實最終表現為原因和結果時，因果律才具有一個關於經驗世界的陳述的意義。
牛頓力學在這問題上沒有給出令人滿意的答案。它的說法如下：對於物體S1對之是靜止的那個空間R1，力學定律是適用的；但對於物體S2是靜止的空間R2，力學定律則不適用。但這樣引進（對它做相對運動的）特許的伽利略空間R1，不過是一種純虛構的原因，而不是可被觀察的事實。因此，顯然在所考查的情況下，牛頓力學實際上並不滿足因果性的要求，而只是表面上滿足而已，因為它用純虛構的原因R1來說明S1和S2兩物體的可觀察到的不同 狀。
對上述問題的一個令人滿意的答案只能這樣說：由S1和S2所組成的物理體系，僅僅由它本身顯示不出任何可想像的原因，能說明S1和S2的這種不同形狀。所以這原因必定是在這個體系的外面。我們得到這樣一種理解，即認為那個特別決定著S1和S2形狀的普遍的運動定律必定是這樣的：S1和S2的力學性狀在十分主要的方面必定是由遠處的物體共同決定的，而我們沒有把這些物體估計在所考查的這個體系裏。這些遠處的物體（以及它們對所考查物體的相對運動），就被看成是我們所考查的這兩個物體S1和S2有不同性狀的原因所在，並且原則上是可被觀察的；它們承擔著那個虛構的原因R1的作用。如果要不使上述認識論的指摘再復活起來，一切可想像的、彼此相對做任何一類運 的空間R1，R2等之中，就沒有一個可以先驗地被看成是特許的。物理學的定律必須具有這樣的性質，它們對於以無論哪種方式運動著的參考座標系都是成立的。循著這條道路，我們就到達了相對 公設的擴充。
除了這個有分量的認識論的論證外，還有一個為擴充相對論辯護的著名物理事實。設K是一個伽利略參考座標系，那是這樣的一種參考座標系，相對於它（至少在所考查的四維區域內），有一個同別的物體離得足夠遠的物體在做直線的勻速運動。設K'是第二個座標系，它相對於K做均勻加速的平移運動。因此，一個離別的物體足夠遠的物體，相對於K'該有一加速運動，而其加速度及其加速度的方向都同這一物體的物質組成和物理狀態無關。
一位對K'相對靜止的觀察者能否由此得出結論，說他是在一個「真正的」加速參考座標系之中呢？回答是否定的；因為相對於K'自由運動的物體的上述性狀可以用下面的方式作同樣恰當的解釋。參考座標系K'不是加速的；可是在所討論的時間—空間領域裏有一個引力場在支配著，它使物體得到了相對於K'的加速運 。
這種觀點所以成為可能，是因為經驗告訴我們，存在一種力場（即引力場），它具有給一切物體以同樣的加速度那樣一種值得注意的性質。物體相對於K'的力學性狀，同在那些被我們習慣上當做「靜止的」或者當做「特許的」參考座標系中所經驗到的物體的力學性狀，都是一樣的；因此，從物理學的立場看來，就很容易承認，K和K'這兩參考座標系都有同樣的權利可被看做是「靜止的」，也就是說，作為對現象的物理描述的參考座標系，它們都有同等的權利。
根據這些考慮就會看到，廣義相對論的建立，同時必定會導致一種引力論，因為我們只要僅僅改變座標系就能「產生」一種引力場。我們也就立即可知，真空中光速不變原理必須加以修改。因為我們不難看出，如果參照K，光是以一定的不變速度沿著直線傳播的，那麼參照於K'，光線的路程一般必定是曲線。
