对旅行者来说，接近光速会使时间过得与停留在恒定参照系中的人明显不同。但是，双重悖论和迈克尔逊-莫雷实验都没有播下爱因斯坦相对论的种子。当我们想到爱因斯坦和相对论时，各种各样的传说围绕着它。是什么启发了他，使他产生了这样一种想法：不存在以太这种东西，也不存在光可以通过的介质。是什么使他想到光速对任何观察者来说都是恒定不变的，无论他们如何相对运动？迄今为止，有许多伟大的进步：迈克尔逊-莫雷实验，它通过以太寻找运动，但没有任何发现。洛伦茨和菲茨杰拉德的研究表明，当你接近光速时，长度缩短，时间延长。还有麦克斯韦的工作，他早在几十年前就把电和磁统一起来了。但这些都不是。根据爱因斯坦自己的说法，是年法拉第的一次实验，也就是电磁感应定律。年左右，迈克尔·法拉第在英国皇家学会发表圣诞演讲的照片。迈克尔·法拉第是19世纪最伟大的物理学家之一，但他伟大的方式是我们不常欣赏的。今天，我们可能会认为他只是一个小修小补的人，因为他的伟大成就不是建立在方程式或明确的定量预测的基础上，而是建立在他巧妙的实验设置所揭示的结果之上。电第一次投入使用时还处于婴儿期，法拉第揭示了电与磁相互联系的本质。磁力线，如条形磁铁所示：一种磁偶极子，其南极和北极是连在一起的。这些永磁体即使在任何外部磁场被拿走之后仍然保持磁化。几个世纪以来，人们没有认识到磁和电是相互联系的。电和磁并不总是联系在一起的。事实上，它们最初被视为完全独立的现象。电是以带电粒子的概念为基础的，带电粒子既可以是静止的(在它们吸引或排斥的地方)，也可以是运动的(在它们产生电流的地方)，静电是前者的一个例子，闪电是后者的一个例子。磁性被视为一种永久现象，某些矿物或金属可以被永久磁化，而地球本身也被视为一种永久磁铁，可以通过指南针来确定方向。直到年的奥尔斯塔德实验，人们才开始明白这两种现象是有联系的。奥斯特实验证明电流产生磁场，首演于年4月21日，由丹麦科学家汉斯·克里斯蒂·奥斯特实施。它由一根悬在罗盘指针上的导线组成，如图所示，当电流通过导线时，罗盘指针与导线成直角偏转。如果你把一根罗盘针放在一根带有电流的导线旁边，你会发现，罗盘针总是会发生偏转，以便与导线垂直。事实上，第一次进行实验时，针头是垂直于导线设置的，没有观察到任何效果。人们的期望是针会与电流成一条直线，而不是垂直于电流。这个实验的结果证明了一些革命性的东西：电流，或移动的电荷，产生了一个磁场。法拉第迈出的下一步将更具革命性。电磁感应的概念，由一条形磁铁和一圈导线来说明。你可能听说过牛顿第三运动定律：对于每一个作用力，都有一个相等的和相反的反作用力。如果你推一个物体，这个物体就会以一个相等和相反的力把你推回去。如果地球因为重力把你拉下来，那么你必须用一个相等的和相反的力把地球拉上来，同样也是由于重力。如果导线内的移动电荷可以产生磁场，那么也许相等和相反的情况是正确的：也许以正确的方式产生磁场可以使电荷在导线内移动，产生电流？法拉第自己做了这个实验，并确定如果你通过移动一个永磁体进出线圈来改变线圈内的磁场，就会在线圈内产生电流。法拉第感应定律最早的应用之一是在一圈导线的内部产生磁场，使材料磁化，从而改变其内部磁场。这种变化的磁场会在磁体另一侧的线圈中产生电流，导致磁针(右边)偏转。现代电感仍然依赖于同样的原理。在以各种方式修补了实验设置之后，他能够详细地演示这是如何工作的。当你改变线圈内的磁场时，就会产生一种电流，它与磁场的变化相反。如果你把一个铁环套在两圈导线上，让电流通过一个线圈，就会在另一个线圈中产生电流。如果你把一个铜盘旋转到带有导线的条形磁铁附近，可以产生恒定的电流。这是第一台发电机的发明。如果你把一圈载流导线移进或移出一圈没有电流通过的导线的内部，它会在较大的线圈中产生电流。法拉第年的感应实验之一。液体电池(右)通过小线圈(A)发送电流，当它被移动进或移出大线圈(B)时，它的磁场在线圈中产生瞬时电压，由检流计检测到。这就是著名的法拉第感应定律，并在年被人们很好地理解。正是通过对这一现象的思考，爱因斯坦第一次开始揭示他的相对论原理。想象一下下面的两种设置，都涉及到一个磁铁和线圈的电线：你有一个固定的线圈和一个棒状磁铁，棒状磁铁可以进出线圈。你以恒定的速度将磁铁移到线圈中，观察线圈中出现的电流。你有一个固定的线圈和一个棒状磁铁，可以将线圈自由地靠近或离开磁铁。你以恒定的速度将线圈移到磁铁上，观察线圈中出现的电流。如果你仔细考虑这两种没有相对论的情况，就会发现它们对物理现象有非常不同的影响。当你把磁铁移进(或移出)一圈导线时，它会使导体周围的磁场发生变化，这就会对带电粒子产生作用力并诱导它们运动，从而产生电流。如果磁体是静止的，线圈是移动的，那么这种现象是不同的，但是产生的电流是相同的。这是相对论原理的出发点。当你把磁铁移到一个静止的导电线圈中，磁铁会看到一个电场，产生一定量的能量，这个磁场在导体中产生电流，这取决于磁铁产生的磁场的能量。这对应于上面的情形1。但是如果你让磁体保持静止并移动导体，磁体周围就不会产生电场。相反，你得到的是导体中产生的电动势，它根本没有相应的固有能量。这对应于上面的情形2。然而，在实验中，这两种设置必须是等效的。它们在线圈中产生同样大小和强度的电流。这种认识，比其他任何认识都更能使爱因斯坦得出相对论的原理。一个光钟，由一个在两个镜子之间跳跃的光子组成，将为任何观察者定义时间。尽管这两个观测者可能在时间流逝的问题上意见不一，但他们将在物理定律和宇宙常数(如光速)上达成一致。当相对论正确应用时，就会发现它们的测量值是相等的。首先承认这一原则不存在绝对静止的状态。相对论指出，所有的观察者，不管他们移动得多快或朝哪个方向，都会看到同样的电和磁定律以及同样的力学定律。今天当我们讨论相对论，总是讨论迈克耳孙-莫雷实验，它表明光速不会改变，无论你是否使它与地球的运动方向一致。但这只是次要的考虑，正如爱因斯坦本人在文学作品中以及马克思·伯恩在多年后描写爱因斯坦时所说的那样。迈克尔逊干涉仪(上图)显示了一个可以忽略不计的光模式变化(下图，实心)，如果伽利略相对论是正确的(下图，虚线)。不管干涉仪的方向是什么，光速都是一样的，包括与地球在空间中的运动成一定角度、垂直于地球。如果宇宙有一个参照系，这个参照系和其他参照系是不同的，那么你就可以通过一些测量来揭示当你以一个特定的速度朝一个特定的方向运动时，自然法则是如何不同的。但这和我们的宇宙是不一致的。无论你移动得多快，朝哪个方向移动，物理定律都是一样的，你能做的任何物理实验都会得到同样可测量的结果，产生同样的物理现象。我们感知这些现象的方式可能会因我们的参照系而不同，但这是可以预料的。只有把所有这些部分结合起来，加上光速对所有观察者的稳定性，相对论才从一个原理发展成一个成熟的理论。年，爱因斯坦永远地改变了我们对宇宙的看法，但早在年，我们就发现了宇宙的萌芽。相对论不是一个奇迹，这个种子只花了71年的时间就正常发芽了。