愛因斯坦是如何發現相對論的？
愛因斯坦是如何發現相對論的？
愛因斯坦談創立相對論
我第一次考慮相對性原理這個想法與運動物體的光學問題有關。光穿過以太海，地球也穿過以太海。從地球的角度來看，以太正在相對地球流動。然而我在任何物理書刊中，都無法發現以太流動的證據。這使我想要找到任何可能的途徑，去證明地球運動引起的以太相對地球流動。在開始思索這個問題時，我根本沒有懷疑過以太的存在或地球的運動。因此我預言，如果來自某個源的光被一面鏡子適當地反射，那麼它應該有一個不同的能量，這個能量取決於它的移動是沿著地球的運動方向還是相反方向。利用兩個熱電推，我試著通過測量在每一個熱電推中產生的熱量的不同，以此核實這一點。這個想法與在邁克爾孫實驗中的一樣，但我對他的實驗的理解當時還不清晰。
當我還是一個思索這些問題的學生時，就已熟知邁克爾孫實驗的奇怪結果，並出於直覺意識到，如果我們能接受他的結果是一個事實，那麼認為地球相對以太運動的想法就是錯誤的。這一洞見實際上提供了第一條導致現在被稱為狹義相對論原理的東西的道路。我至此開始相信，雖然地球繞著太陽旋轉，但也不能利用光的實驗證實地球運動。
恰好正在那個時前後，我有機會拜讀了洛倫茲在1895年的專著。洛倫茲討論並設法完全解決了一階近似的電動力學，即忽略運動物體速度與光速比值的二階和更高階小量。我也開始研究斐索實驗的問題，並假設在用運動物體坐標系取代真空坐標系時，由洛倫茲建立的電子方程式仍然有效，以此來解決索菲實驗的問題。無論如何，我當時相信麥克斯韋-洛倫茲電動力學方程是可靠的，它描繪了事件的真實狀態。此外，方程在一個移動坐標系也成立這一條件，提供了一個被稱為光速不變的論點。但光速的這種不變性，與從力學得知的速度相加法則不相容。
為什麼這兩件事互相矛盾？我覺得自己在這裡遇到了一個異乎尋常的困難。我花了幾乎一年的時間思索它，認為自己將不得不對洛倫茲的觀點做某種修正，但徒勞無果。我只好承認，這並不是一個容易解決的謎。
偶然之下，一個住在瑞士伯爾尼的朋友幫助了我。那天師哥好天氣，我拜訪他，對他說的話大概是：「我這些天一直在與一個問題做鬥爭，不論怎麼樣嘗試，都沒法解決它。今天，我把這個難題帶給你。」我和他進行了多方面的討論。通過這些討論，我突然恍然大悟。第二天，我又拜訪了他，乾脆痛快地告訴他：「謝謝。我已經完全解決了自己的問題。」
我的解決方法事實上與時間的概念有關。要點是，沒有一個絕對的時間定義，而是在時間和信號速度之間有一個分不開的聯結。利用這個想法，我就能第一次完全解決哪個之前異乎尋常的困難。
有了這個想法後，我在5周內完成了狹義相對論。我毫不懷疑，從哲學觀點來看，這個理論也是非常自然的。我也意識到它很好地符合了馬赫的觀點。儘管正如與後來廣義相對論解決了的那些問題一樣，狹義相對論與馬赫的觀點顯然並沒有直接聯繫，但是可以說它與馬赫對各種科學概念的分析有間接的聯繫。
狹義相對論由此誕生。
廣義相對論的第一個想法發生在兩年後--1907年，它是在一個值得紀念的環境中發生的。
運動的相對性限於相對勻速運動，不適用於隨意的運動，當時我對此已經感到不滿了。我總在私下想，是否能以某種方法來去掉這種限制。
1907年，應《放射性與電子學年鑒》的編輯史塔克先生的要求，我嘗試為該年鑒總結狹義相對論的結果。當時我意識到，雖然能夠根據狹義相對論討論其他所有自然法則，但這個理論卻無法適用於萬有引力定律。我有一種強烈的渴望，想設法找出這背後的原因。但要實現這個目標並不容易。我對狹義相對論最不滿意的，是這個理論雖然能完美地給出慣性和能量的關係，但是對慣性和質量的關係，即引力場的能量，還是完全不清楚的。我覺得在狹義相對論中，可能根本找不到解釋。
我正坐在伯爾尼專利局的椅子上的時候，突然產生一個想法：「如果一個人自由落下，他當然感受不到自己的重量。」
我嚇了一跳。這樣一個簡單的想像給我帶來了巨大的衝擊力，正式它推動著我去提出一個新的引力理論。我的下一個想法是：「當一個人下落時，他在加速。他觀察到的，無非就是在一個加速體系中觀察到的東西。」由此，我決定將相對論從勻速運動體系推廣到加速度體系中。我期待這一推廣能讓我解決引力問題。這是因為，一個下落中的人感受不到他自己的重量，可以被解釋為是由於一個新的附加引力場抵消了地球的引力場；換句話說，因為一個加速度體系提供了一個新的引力場。
我並沒能以這個觀點為基礎，馬上把問題完全解決。我又花了8年以上的時間找到正確的關係。但同時，我開始部分地意識到這個解決方法的大體基礎。
馬赫也堅持認為所有的加速度體系是等效的。但這明顯與我們的幾何不相符，因為如果允許加速度體系，那麼歐式幾何將不能再所有體系中都適用。不用幾何表達一個法則，就像不用語言表達一個想法。我們首先必須找到一種表達我們思想的語言。那麼在這種情況下，我們要找的是什麼？
在1912年以前，我都沒解決這個問題。就在那一年，我突然意識到，有充分理由相信高斯的曲面論可能是揭開這一謎團的鑰匙。當時我意識到了高斯曲面坐標極其重要，但還不知道黎曼已經提供了有關幾何基礎的更深刻的討論。我碰巧想起，當我還是一名學生時，在一位名為蓋澤的數學教授的課上聽過高斯理論。從這裡我發展了自己的想法，並且想到了幾何必須有物理意義這一概念。
當我從布拉格回到蘇黎世時，我的好朋友、數學家格羅斯曼正在那裡。我在伯爾尼專利局時，很難得到數學文獻，而他曾經願意向我提供幫助。這一次，他教了我里奇理論，之後又是黎曼理論。所以我問他，是否能通過黎曼理論真正解決我的問題，即曲線元的不變性是否能完全決定它的係數--我一直試圖找到這個係數。1913年，我們合寫了一篇論文。但我們並沒能在那篇論文中得到正確的萬有引力方程，雖然我繼續研究黎曼方程，嘗試了各種不同的方法，但只是發現了諸多不同理由，使我相信它根本不能得出自己想要的結果。
接下來是兩年的艱苦研究。然後我終於意識到在自己先前的計算中存在著一個錯誤。因此我轉回了不變數理論，並試著找到正確的萬有引力方程。兩周後，正確的方程終於第一次出現在我的眼前。
關於我在1915年後所做的研究，我只想提宇宙學問題。這個問題涉及宇宙幾何與時間，一方面基於對廣義相對論中的邊界條件的處理，另一方面則基於馬赫對慣性的觀點。當然，我並沒有具體地知道馬赫對慣性的相對性有什麼看法，但他肯定至少對我產生了一個極其重要的影響。
無論如何，在嘗試找出萬有引力方程的不變性邊界條件後，我終於能通過把宇宙視為一個封閉空間並消除邊界而解決了宇宙學問題。從這一點我得出以下結論：慣性只不過是一個由一些物體共享的性質。如果一個特定的物體旁邊沒有其他天體，那麼它的慣性肯定會消失。我相信，這使廣義相對論在認識論上能令人滿意。
註：本文節選自《我的世界觀》愛因斯坦 著
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如果你是學物理的，或者是物理的強烈愛好者，那就按照經典力學裡相對論變換部分的推導，學明白，自己照著推導推導，公式本身並不難。
如果你只是好奇，那我覺得也沒有必要仔細說具體的理論，我對這種發現理解是，遇到了現有理論無法解決的問題，於是根據自己的觀察或者領悟，加入新的假設，或者建立新的框架，並以此去推導和修正，直到證明這個理論正確，或者錯誤。愛因斯坦非常有悟性，同時具有非常紮實的物理和數學修養，足以提出並證明一個劃時代的觀點。
當然，也有大環境提供了基礎，所有的科學進展也都是在之前的理論上一步步走出來的。
這麼回答可不是貶低愛因斯坦的貢獻，他真正是一個劃時代的人物。但要懂他的厲害，肯定需要擁有高於平均值的物理訓練的。
謝邀
1887年 莫雷實驗（物理學現象）
1904年 洛倫斯變換 質量與速度的關係式，並指出光速是物體相對於以太運動速度的極限。（數學解）
1905年 愛因斯坦發表了狹義相對論（物理學解）
這是邁克爾遜實驗原文，邁克爾遜本人提出三種可能，相對論取第二種。這裡一個物理現象未分析：一束光通過勻速封閉運動空間，光通過封閉空間內外運動速度變化沒有實驗、分析。比如伽利略船論述船帶動內部空氣共同運動。也就是船帶動內部光共同運動，地球帶動周圍一定範圍光共同運動。光速不變原理錯誤
人類的科學是謹慎的。所以最開始牛頓的理論可以用於，靜止狀態的系統，和勻速運動的系統（和靜止分不出來的）。
此時人類感覺理論很安全，很可靠。
但是自然界中，還有變速運動的系統。例如加速出去的賽車。此時物理定律還一樣嗎？
愛：Yes.
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在傳統物理中，大家對一般的物理規律在勻速直線運動，或者叫慣性系統中適用，
而在非勻速直線運動，或者叫非慣性『系統中，物理規律依然適用。
因為我們可以等效的看成這是一個由單個或者多個引力場疊加的系統。__________引用愛因斯坦的廣義相對論。
舉個例子：當我們在一個加速度=9.8m/s的飛船上做物理實驗時，
它的效果等同於在靜止在地球表面做相同的物理實驗。
__________________________________以下是私貨
一個均勻的引力場與一個等加速的非慣性參考系在力學上是完全等價的，這就是等效原理。 a = g 加速度等效於引力場
現在看一個特殊的例子：勻速圓周運動 a = ω2r(a是加速度，v是B點處的線速度，ω是角速度，r是半徑) A點在圓心 B點在圓周上
根據公式a = ω2r 在線段AB上，角速度處處相等，A點處的加速度等於0，隨點到圓心的距離增加加速度的值增加，B點處的加速度達到最大值。 aB ＞ aA
等效原理， a = g （aB ＞ aA） = （gB ＞ gA) 此時物體有從A點向B點移動的趨勢，所受到的力，為『離心力』。
所以，只有離心力，沒有向心力。
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物理範疇盡公然製造偽名詞。沒錯，說的就是你向心加速度。(??? ?? ? )? I了個雞
牛頓第二律：物體在受到不平衡的力的時候，會做加減速運動。俗稱加速度。（就是別人推你，你扛不住，就要加速或者減速動起來）
實際體驗就是這裡面是有能量轉換的。
但是因為學界沒有對圓周運動的解決方法，創造性的給了一個向心加速度，???( ˙ ? ˙ )???so what
第一：這個力是不做功的，小繩拉著小球轉（沒有能量轉換）
第二：這個物體受到的是不平衡力！小球目前學界認定它受到的是不平衡的力（第一，第二的順序看心情的 ）(??? ?? ???) OMG!
至今這麼多年了，不知道怎麼想的，這個學界都能忍？或者說從學習過程中對比毫無疑問的物理界，你瘋了？還是我瘋了 。=????=????(●???● |||)嚇尿！
想像一下①物體在不受外力時，做勻速直線運動，或者靜止不動，牛頓第一定理對吧？
①這個圓是地球，人站里在地球表面，引力和支撐力平衡。（方便你理解）
②在此處，有拉力指向圓心（猶如引力指向地心），那麼支撐力你猜猜看去哪了
這個力，最初讓我不解的是在第一次學習圓周運動時，我詢問老師什麼是離心力，當時對方回答：「這種力是不存在的。」 我聽後的第一感覺是為什麼在之前的生活經驗中，『旋轉』都有種被甩出去的感覺。然後對這個『力』的困惑，直到最近才有點『明白』。
剛開始是為了解答 自行車自身具有速度時，為什麼能保持穩定，以下是我的文章
論為什麼自行車行駛起來不會倒 - 你好明天的文章 - 知乎 http://zhuanlan.zhihu.com/p/34329727
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物理最簡單的是實驗驗證
這裡說一個，珠鏈為什麼能反重力
https://zhuanlan.zhihu.com/p/34775694
最好找視頻看，或者自己做一次實驗。（這個實驗是簡單的）
相對論是用「發現」嗎？
最早發現狹義相對論的應該算是洛倫茲，而愛因斯坦並沒有「發現」狹義相對論，只是用一套時空語言重新「解釋」了洛倫茲發現的狹義相對論。愛因斯坦所謂「發現」狹義相對論的論文，實際上也不是主要在講狹義相對論，而是把麥克斯韋電磁學放到相對論框架內，講在相對論條件下的電磁關係。
其實整個思路也是比較自然的，最早的麥克斯韋方程得到電磁波的速度是定值，然後就有了以太說，結果實驗上推翻了以太說，證實光速不變，然後洛倫茲根據光速不變原理推到出了洛倫茲變換並進一步得到了質量和速度的關係，那麼下一步的想法自然就是電磁理論在光速極限情況下的演化問題，尤其是最核心的問題麥克斯韋方程在洛倫茲變換下是否自洽。
當然愛因斯坦在討論這個問題的時候，脫線了一點，夾帶了一些「私貨」即額外做了一些解釋，也就是說相對論時空觀，這個反倒成了後來相對論的核心語言。這個在當時來看，雖然上驚世駭俗，但也還在正常的邏輯裡面，而且最關鍵的是這個解釋在當時也僅僅只是停留在解釋的層面，其對應物理實質並不明確，而最終其對應的物理實質演化為了廣義相對論。
理論是發明出來的，理論描述的現象是發現的。
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