1900年的4月27日，在英国伦敦皇家研究所举行的科 学报告会上，一位德高望重的老科学家开尔文作了一个演 讲，题目是《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。他 的第一段话是这么说的：
“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在 这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然 失色了……”(‘The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds.’)
物理学导论系列讲座
相对论与新宇宙学
林晓东
深圳大学物理科学与技术学院
一、前 言
（一）阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein)简介
1999年12月26日，爱因 斯坦被美国《时代》周刊 评选为“世纪伟人”
爱因斯坦1900年毕业于苏黎世联邦理工学院，并入瑞士国籍。 1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任职。苏黎 世工业大学、布拉格德意志大学教授。1913年返德国，任柏林威廉 皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授，并当选为普鲁士科学院 院士。1933年因受纳粹政权迫害，迁居美国，任普林斯顿高级研究 所教授，从事理论物理研究，1940年入美国国籍。
爱因斯坦的主要科学贡献有四个方面：
（1）关于分子运动的研究。1905年爱因斯坦在他的博士论文中， 用分子热运动理论解释了1827年发现的布朗运动，并提出测 定分子大小的方法。
（2）对量子物理学的贡献。1905年提出光量子假说；1906年提出 固体热容的量子理论；1916年提出受激辐射理论，为20世纪 60年代激光技术的发展奠定了理论基础；1924年同玻色一起 建立了玻色-爱因斯坦量子统计理论。
这个“乌云”的比喻后来被反复地引用。联系到当时 人们对经典物理学成就的乐观情绪，许多时候这个表述又 变成了 “物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令 人不安的乌云。”
这两朵“乌云”是： 1. 迈克尔逊—莫雷实验（1881年—1887年间）：
研究光沿不同方向传播速度的差异。 2. 热辐射实验：（1900年左右）：
（3）相对论的建立。1905年爱因斯坦创立了狭义相对论；19151916年完成了广义相对论。
（4）关于宇宙学和统一场论的研究。广义相对论建立以后，爱因 斯坦在宇宙学和统一场论两个方面进行了探索，提出了一个 有限无边的宇宙模型，力图建立引力场和电磁场的统一理 论。虽然爱因斯坦坚持不懈的努力未获成功，但目前这些方 面的研究，都与爱因斯坦开创性的工作有关。
1931年法国物理学家朗之万认为：“在我们这一时代的物理学 史中，爱因斯坦的地位将在最前列。他现在是并且将来也还是人类 宇宙中有头等光辉的一颗巨星。很难说他是否同牛顿一样伟大，或 者比牛顿更伟大，不过可以肯定地说，他的伟大是可以和牛顿比拟 的。”
（二）2005世界物理年简介
1905年，26岁的爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意 义的论文，为相对论的建立奠定了基础，为量子理论的发 展作出了重要贡献。为纪念这一奇迹年100周年，全球物 理学界一致呼吁2005年为“世界物理年”。2004年6月10 日，联合国大会召开第58次会议，会议鼓掌通过了2005年 为“国际物理年”的决议。这是目前唯一以学科命名的年 份，表明物理学科对社会发展起着巨大的推动作用，得到 了国际社会的充分认可。
2005
世界物理年
纪念爱因斯坦 狭义相对论诞生 100周年与爱因斯 坦逝世50周年。
让物理走近 大众，让世界 拥抱物理
世界物理年徽标像一个光锥。 它的红底代表过去，又有底部或基 础的含义。它的蓝顶代表未来，天 空是蓝色的。黄和绿连结着过去与 未来 ，体现出在过去的基础上创建 未来的信心。其中绿色又代表“绿 灯行”，即进步。黄色代表和平、 合作。
研究热辐射的能量与温度的关系。
这两个实验所观测到的现象用当时已有的物理学理论 无法进行合理的解释。正是这两朵的乌云，不久以后酿成 了物理学中一场巨大的变革。
十九世纪末物理学背景：
物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟 的程度。一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。 例如，一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，牛顿力学 以及分析力学已成为解决力学问题的有效的工具。对于电磁现象的 分析，已形成麦克斯韦电磁场理论，这是电磁场统一理论，这种理 论还可用来阐述波动光学的基本问题。至于热现象，也已经有了唯 象热力学和统计力学的理论，它们对于物质热运动的宏观规律和分 子热运动的微观统计规律，几乎都能够做出合理的说明。
总之，以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支 柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观！在这种形 势下，难怪物理学家会感到陶醉，会感到物理学已大功告成，因而 断言往后难有作为了。这种思想当时在物理界不但普遍存在，而且 由来已久。
第一朵乌云——
迈克耳逊－莫雷实验与“以太”说破灭 人们知道，水波的传播要有水做媒 介，声波的传播要有空气做媒介，它们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空 传到地球上，几十亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。光 波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介 质——“以太”。 最早提出“以太”的是古希腊哲学家亚里士多德。亚里士多 德认为下界为火、水、土、气四元素组成；上界加第五元素，“以太”。牛顿在 发现了万有引力之后，碰上了难题德的“以太”说，认为“以太”是宇宙 真空中引力的传播介质。后来，物理学家又发展了“以太”说，认为“以太”也 是光波的传播介质。光和引力一样，是由“以太”传播的。他们还假定整个宇宙 空间都充满了“以太”，“以太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉 不到的媒介。19世纪时，麦克斯韦电磁理论也把传播光和电磁波的介质说成是一 种没有重量，可以绝对渗透的“以太”。“以太”既具有电磁的性质，又是电磁 作用的传递者，又具有机械力学的性质，它是绝对静止的参考系，一切运动都相 对于它进行。这样，电磁理论因牛顿力学取得协调一致。“以太”是光、电、磁 的共同载体的概念为人们所普遍接受，形成了一门“以太学”。
因此这个徽标表达的主要意义是：通过科技进步和国际合 作可以建设光明的未来。只要全世界人们，特别是物理学工作 者向着这个目标共同努力，必能做出有益于社会的贡献。
二、狭义相对论的历史背景
（一）19世纪末物理学家的乐观情绪
（二） 19世纪末物理学家的忧郁
开尔文（Lord Kelvin 1824～1907） 19世纪英国卓越的物理学家。