一、庞加莱与狭义相对论的渊源
对大多人而言,麦克斯韦最伟大的成就是统一了光学与电磁学。然而,他留下的这个领域远非完美,诸多疑惑尚待澄清,比如光的色散、磁光效应,特别是运动物体的光学现象等,都没有电磁解释。针对这些问题,洛伦兹提出了他的电子理论,并在同期的众多理论中脱颖而出。洛伦兹的坐标变换、局域时间、对应态、长度收缩以及质量的速度依赖公式等新想法和新概念,直接导致了狭义相对论的诞生。正是在这样的背景下,庞加莱和爱因斯坦于1905年分别独立地提出了狭义相对论。
二、庞加莱的重要贡献
1921年,21岁的泡利在其名著《相对论》的开篇“历史背景(洛伦兹、庞加莱、爱因斯坦)”中这样说:“现在我们来讨论洛伦兹、庞加莱和爱因斯坦的贡献,它们包含了构成相对论基础的推理线索和发展过程。从时间上说,洛伦兹是第一个,他证明了无源麦克斯韦方程组在下列坐标变换下的协变性……我们应该强调指出,相对性原理,对于洛伦兹来说是陌生的。洛伦兹工作留下的一些不足,由庞加莱补上了。”1955年,泡利在纪念相对论诞生50周年的文章中也提到:“狭义相对论与数学中群的概念密切相关,若说在伽利略和牛顿的力学中只是初见端倪,那么现在已被实验事实牢固确立起来了。……19世纪电动力学的发展以麦克斯韦和洛伦兹的一组偏微分方程组而告终。很显然,这组方程不具备以前经典力学群的对称性……。最终的决定倾向于第二种选择。这个假设可由两条路径来达到。一条是用纯数学的方法,考察什么是麦克斯韦—洛伦兹方程组协变性所满足的最一般的变换群,这是数学家庞加莱的途径。另一条是通过批判性分析,来确定那些导致伽利略和牛顿力学所采用的那种特殊群的物理假定,这是爱因斯坦的途径。……爱因斯坦和庞加莱的结果都基于洛伦兹的前期工作,他已经相当接近但未真正达到最后结果。从爱因斯坦和庞加莱各自独立的殊途同归,我体认到了数学方法与(基于物理经验基本特征的)思想实验之间和谐的更深层次意义。”可见,庞加莱对狭义相对论的发展做出了重要贡献。
三、庞加莱贡献鲜为人知的原因
一个不得不问的问题是:如果庞加莱真的对狭义相对论做出了这么大贡献,那他的名字怎么可能会在如此众多的涉及相对论的现代教科书和专著中消失得无影无踪呢?显然,除了介绍庞加莱的狭义相对论,还必须回答这个无法回避的问题。造成这一世纪级现象的原因貌似千头万绪、错综复杂,实际上却也简单到用一句话就可完全概括:事实上,不是历史对庞加莱开了一个玩笑,恰恰相反,是庞加莱对历史开了一个玩笑!接下来,我们将尽可能把整个故事的轮廓梳理清楚,通过庞加莱所开的一个个生动“玩笑”,一起领略他做学问的独特方式和他的科学哲学,一起景仰他的高贵人品。



