1. 請問暖通專業的公用設備工程師，基礎考試和專業考試分別考些什麼科目題型有哪些
注冊公用設備工程師(暖通空調)執業資格考試
基礎考試大綱
一、高等數學
1. 空間解析幾何
向量代數 直線 平面 柱面 旋轉曲面 二次曲面 空間曲線
2. 微分學
極限 連續 導數 微分 偏導數 全微分 導數與微分的應用
3. 積分學
不定積分 定積分 廣義積分 二重積分 三重積分平面曲線積分積分應用
4. 無窮級數
數項級數 冪級數 泰勒級數 傅里葉級數
5. 常微分方程
可分離變數方程 一階線性方程 可降階方程 常系數線性方程
6. 概率與數理統計
隨機事件與概率 古典概型 一維隨機變數的分布和數字特徵 數理統計的基本概念 參數估計 假設檢驗 方差分析 一元回歸分析
7. 向量分析
8. 線性代數
行列式 矩陣 n維向量 線性方程組 矩陣的特徵值與特徵向量 二次型
二、普通物理
1. 熱學
氣體狀態參量 千衡態 理想氣體狀態方程 理想氣體的壓力和溫度的統計解釋 能量按自由度均分原理 理想氣體內能 平均碰撞次數和平均自由程 麥克斯韋速率分布律 功 熱量 內能 熱力學第一定律及其對理想氣體等值過程和絕熱過程的應用 氣體的摩爾熱容循環過程 熱機效率 熱力學第二定律及其統計意義 可逆過程和不可逆過程 熵
2. 波動學
機械波的產生和傳播 簡諧波表達式 波的能量 駐波 聲速 超聲波 次聲波 多普勒效應
3. 光學
相干光的獲得 楊氏雙縫干涉 光程 薄膜干涉邁克爾干涉儀 惠更斯一菲涅耳原理 單縫衍射 光學儀器分辨本領 x射線衍射 光和偏振光 布儒斯特定律 馬呂斯定律 雙折射現象 偏振光的干涉 人工雙折射及應用
三、普通化學
1. 物質結構與物質狀態
原子核外電子分布 原子、離子的電子結構式 原子軌道和電子雲概念 離子鍵特徵共價鍵特徵及類型 分子結構式 雜化軌道及分子空間構型 極性分子與非極性分子 分子間力與氫鍵 分壓定律及計算液體蒸氣壓 沸點 汽化熱 晶體類型與物質性質的關系
2. 溶液
溶液的濃度及計算非電解質稀溶液通性及計算 滲透壓概念電解質溶液的電離平衡 電離常數及計算 同離子效應和緩沖溶液 水的離子積及PH值 鹽類水解平衡及溶液的酸鹼性 多相離子平衡 溶度積常數 溶解度概念及計算
3. 周期表
周期表結構 周期 族 原子結構與周期表關系 元素性質 氧化物及其水化物的酸鹼性遞變規律
4. 化學反應方程式 化學反應速率與化學平衡
惡化學反應方程式寫法及計算 反應熱概念 熱化學反應方程式寫法 化學反應速率表示方法 濃度、溫度對反應速率的影響 速率常數與反應級數 活化能及催化劑概念 化學平衡特徵及平衡常數表達式 化學平衡移動原理及計算 壓力熵與化學反應方向判斷
5. 氧化還原與電化學
氧化劑與還原劑 氧化還原反應方程式寫法及配平 原電池組成及符號 電極反應與電池反應 標准電極電勢 能斯特方程及電極電勢的應用 電解與金屬腐蝕
6. 有機化學
有機物特點、分類及命名 官能團及分子結構式 有機物的重要化學反應：加成 取代 消去 氧化 加聚與縮聚 典型有機物的分子式、性質及用途： 甲烷 乙炔 苯 甲苯 乙醇酚 乙醛 乙酸 乙酯 乙胺 苯胺 聚氯乙烯 聚乙烯 聚丙烯酸酯類 工程塑料(ABS) 橡膠 尼龍
四、理論力學
1. 靜力學
平衡 剛體 力 約束 靜力學公理 受力分析 力對點之矩 力對軸之矩 力偶理論 力系的簡化 主矢 土矩 力系的平衡 物體系統(含平面靜定桁架)的平衡 滑動摩擦 摩擦角 自鎖 考慮滑動摩擦時物體系統的平衡 重心
2. 運動學
點的運動方程 軌跡 速度和加速度 剛體的平動 剛體的定軸轉動轉動方程 角速度和角加速度 剛體內任一點的速度和加速度
3. 動力學
動力學基本定律 質點運動微分方程 動量 沖量 動量定理 動量守恆的條件 質心 質心運動定理 質心運動守恆的條件 動量矩 動量矩定理 動量矩守恆的條件 剛體的定軸轉動微分方程 轉動慣量 回轉半徑 轉動慣量的平行軸定理 功 動能 勢能 動能定理 機械能守恆 慣性力 剛體慣性力系的簡化 達朗伯原理 單自由度系統線性振動的微分方程振動周期 頻率和振幅 約束 自由度 廣義坐標 虛位移 理想約束 虛位移原理
五、材料力學
1. 軸力和軸力圖 拉、壓桿橫截面和斜截面上的應力 強度條件虎克定律和位移計算應變能計算
2. 剪切和擠壓的實用計算 剪切虎克定律 切(剪)應力互等定理
3. 外力偶矩的計算 扭矩和扭矩圖 圓軸扭轉切(剪)應力及強度條件扭轉角計算及剛度條件 扭轉應變能計算
4. 靜矩和形心 慣性矩和慣性積 平行移軸公式 形心主慣性矩
5. 梁的內力方程 切(剪)力圖和彎矩圖 分布載荷、剪力、彎矩之間的微分關系 正應力強度條件 切(剪)應力強度條件 梁的合理截面 彎曲中心概念 求梁變形的積分法 疊力口法和卡氏第二定理
6. 平面應力狀態分析的數值解法和圖解法 一點應力狀態的主應力和最大切(剪)應力 廣義虎克定律 四個常用的強度理論
7. 斜彎曲 偏心壓縮(或拉伸) 拉—彎或壓—彎組合 扭—彎組合
8. 細長壓桿的臨界力公式 歐拉公式的適用范圍 臨界應力總圖和經驗公式 壓桿的穩定校核
六、流體力學
1. 流體的主要物理性質
2. 流體靜力學
流體靜壓強的概念 重力作用下靜水壓強的分布規律 總壓力的計算
3. 流體動力學基礎
以流場為對象描述流動的概念 流體運動的總流分析 恆定總流連續性方程、能量方程和動量方程
4. 流動阻力和水頭損失
實際流體的兩種流態一層流和紊流 圓管中層流運動、紊流運動的特徵 沿程水頭損失和局部水頭損失 邊界層附面層基本概念和繞流阻力
5. 孔口、管嘴出流 有壓管道恆定流
6. 明渠恆定均勻流
7. 滲流定律井和集水廊道
8. 相似原理和量綱分析
9. 流體運動參數(流速、流量、壓強)的測量
七、計算機應用基礎
1. 計算機基礎知識
硬體的組成及功能 軟體的組成及功能 數制轉換；Windows操作系統基本知識、系統啟動 有關目錄、文件、磁碟及其它操作 網路功能 註： 以Windows98為基礎
2. 計算機程序設計語言
程序結構與基本規定 數據 變數 數組 指針 賦值語句 輸入輸出的語句 轉移語句 條件語句 選擇語句 循環語句 函數 子程序(或稱過程) 順序文件 隨機文件 註：鑒於目前情況，暫採用FORTRAN語言
八、電工電子技術
1. 電場與磁場
庫侖定律 高斯定理 環路定律 電磁感應定律
2. 直流電路
電路基本元件 歐姆定律 基爾霍夫定律 疊加原理 戴維南定理
3. 正弦交流電路
正弦量三要素 有，效值 復阻抗 單相和三相電路計算 功率及功率因數 串聯與並聯諧振 安全用電常識
4. RC和RL電路暫態過程 三要素分析法
5. 變壓器與電動機
變壓器的電壓、 電流和阻抗變換 三相非同步電動機的使用 常用繼電一接觸器控制電路
6. 二極體及整流、濾波、穩壓電路
7. 三極體及單管放大電路
8. 運算放大器
理想運放組成的比例 加、減和積分運算電路
9. 門電路和觸發器
基本門電路 RS、D、JK觸發器
九、工程經濟
1. 現金流量構成與資金等值計算
現金流量 投資 資產 固定資產折舊 成本 經營成本 銷售收入 利潤 工程項目投資涉及的主要稅種 資金等值計算的常用公式及應用 復利系數表的用法
2. 投資經濟效果評價方法和參數
凈現值 內部收益率 凈年值 費用現值 費用年值 差額內部收益率 投資回收期 基準折現率 備選方案的類型 壽命相等方案與壽命不等方案的比選
3. 不確定性分析
盈虧平衡分析 盈虧平衡點 固定成本 變動成本 單因素敏感性分析 敏感因素
4. 投資項目的財務評價
工業投資項目可行性研究的基本內容 投資項目財務評價的目標與工作內容 贏利能力分析 資金籌措的主要方式 資金成本 債務償還的i要方式 基礎財務報表 全投資經濟效果與自有資金經濟效果 全投資現金流量表與自有資金現金流量表 財務效果計算 償債能力分析 改擴建和技術改造投資項目財務 評價的特點(相對新建項目)
5. 價值工程
價值工程的概念、內容與實施步驟 功能分析
十、熱工學(工程熱力學、傳熱學)
1. 基本概念
熱力學系統 狀態 平衡 狀態參數 狀態公理 狀態方程 熱力參數及坐標圖 功和熱量 熱力過程 熱力循環 單位制
2. 准靜態過程
可逆過程和不可逆過程
3. 熱力學第一定律
熱力學第一定律的實質 內能 焓 熱力學第一定律在開口系統和閉口系統的表達式 儲存能 穩定流動能量方程及其應用
4. 氣體性質
理想氣體模型及其狀態方程 實際氣體模型及其狀態方程 壓縮因子 臨界參數 對比態及其定律 理想氣體比熱 混合氣體的性質
5. 理想氣體基本熱力過程及氣體壓縮
定壓 定容 定溫和絕熱過程 多變過程氣體壓縮軸功 余隙 多極壓縮和中間冷卻
6. 熱力學第二定律
熱力學第二定律的實質及表述 卡諾循環和卡諾定理 熵 孤立系統 熵增原理
7. 水蒸汽和濕空氣
蒸發 冷凝 沸騰 汽化 定壓發生過程 水蒸氣圖表 水蒸氣基本熱力過程 濕空氣性質 濕空氣焓濕圖 濕空氣基本熱力過程
8. 氣體和蒸汽的流動
噴管和擴壓管 流動的基本特性和基本方程 流速 音速 流量 臨界狀態 絕熱節流
9. 動力循環
朗肯循環 回熱和再熱循環 熱電循環 內燃機循環
10. 致冷循環
空氣壓縮致冷循環 蒸汽壓縮致冷循環 吸收式致冷循環 熱泵 氣體的液化
11. 導熱理論基礎
導熱基本概念 溫度場 溫度梯度 傅里葉定律 導熱系數導熱微分方程 導熱過程的單值性條件
12. 穩態導熱
通過單平壁和復合平壁的導熱 通過單圓筒壁和復合圓筒壁的導熱 臨界熱絕緣直徑 通過肋壁的導熱 肋片效率 通過接觸面的導熱 二維穩態導熱問題
13. 非穩態導熱
非穩態導熱過程的特點 對流換熱邊界條件下非穩態導熱 諾模圖 集總參數法 常熱流通量邊界條件下非穩態導熱
14. 導熱問題數值解
有限差分法原理 問題導熱問題的數值計算 節點方程建立節點方程式求解 非穩態導熱問題的數值計算 顯式差分格式及其穩定性 隱式差分格式
15. 對流換熱分析
對流換熱過程和影響對流換熱的因素 對流換熱過程微分方程式 對流換熱微分方程組 流動邊界層 熱邊界層 邊界層換熱微分方程組及其求解 邊界層換熱積分方程組及其求解 動量傳遞和熱量傳遞的類比 物理相似的基本概念 相似原理 實驗數據整理方法
16. 單相流體對流換熱及准則方程式
管內受迫流動換熱 外掠圓管流動換熱 自然對流換熱 自然對流與受迫對流並存的混合流動換熱
17. 凝結與沸騰換熱
凝結換熱基本特性 膜狀凝結換熱及計算 影響膜狀凝結換熱的因素及增強換熱的措施 沸騰換熱 飽和沸騰過程曲線 大空間泡態沸騰換熱及計算 泡態沸騰換熱的增強
18. 熱輻射的基本定律
輻射強度和輻射力 普朗克定律 斯蒂芬一波爾茲曼定律 蘭貝特餘弦定律 基爾霍夫定律
19. 輻射換熱計算
黑表面間的輻射換熱 角系數的確定方法 角系數及空間熱阻 灰表面間的輻射換熱 有效輻射 表面熱阻 遮熱板 氣體輻射的特點 氣體吸收定律 氣體的發射率和吸收率 氣體與外殼間的輻射換熱 太陽輻射
20. 傳熱和換熱器
通過肋壁的傳熱 復合換熱時的傳熱計算 傳熱的削弱和增強平均溫度差 效能一傳熱單元數 換熱器計算
十一、工程流體力學及泵與風機
1. 流體動力學
流體運動的研究方法 穩定流動與非穩定流動 理想流體的運動方程式 實際流體的運動方程式 柏努利方程式及其使用條件
2. 相似原理和模型實驗方法
物理現象相似的概念 相似三定理 方程和因次分析法 流體力學模型研究方法 實驗數據處理方法
3. 流動阻力和能量損失
層流與紊流現象 流動阻力分類 圓管中層流與紊流的速度分布 層流和紊流沿程阻力系數的計算 局部阻力產生的原因和計算方法 減少局部阻力的措施
4. 管道計算
簡單管路的計算 串聯管路的計算 並聯管路的計算
5. 特定流動分析
勢函數和流函數概念 簡單流動分析 圓柱形測速管原理 旋轉氣流性質 紊流射流的一般特性 特殊射流
6. 氣體射流壓力波傳播和音速概念
可壓縮流體一元穩定流動的基本方程漸縮噴 管與拉伐爾管的特點 實際噴管的性能
7. 泵與風機與網路系統的匹配
泵與風機的運行曲線 網路系統中泵與風機的工作點 離心式泵或風 機的工況調節 離心式泵或風機的選擇 氣蝕 安裝要求
十二、自動控制
1. 自動控制與自動控制系統的一般概念
「控制工程」基本含義 信息的傳遞 反饋及反饋控制 開環及閉環 控制系統構成 控制系統的分類及基本要求
2. 控制系統數學模型
控制系統各環節的特性 控制系統微分方程的擬定與求解 拉普拉斯變換與反變換 傳遞函數及其方塊圖
3. 線性系統的分析與設計
基本調節規律及實現方法 控制系統一階瞬態響應 二階瞬態響應頻率特性基本概念 頻率特性表示方法 調節器的特性對調節質量的影響 二階系統的設計方法
4. 控制系統的穩定性與對象的調節性能
穩定性基本概念 穩定性與特徵方程根的關系 代數穩定判據對象的調節性能指標
5. 掌握控制系統的誤差分析
誤差及穩態誤差 系統類型及誤差度 靜態誤差系數
6. 控制系統的綜合與和校正
校正的概念 串聯校正裝置的形式及其特性 繼電器調節系統(非線性系統)及校正：位式恆速調節系統、帶校正裝置的雙位調節系統、帶校正裝置的位式恆速調節系統
十三、熱工測試技術
1. 測量技術的基本知識
測量 精度 誤差 直接測量 間接測量 等精度測量 不等精度測量 測量范圍 測量精度 穩定性 靜態特性 動態特性 感測器傳輸通道 變換器
2. 溫度的測量
熱力學溫標 國際實用溫標 攝氏溫標 華氏溫標 熱電材料 熱電效應膨脹效應測溫原理及其應用 熱電迴路性質及理論 熱電偶結構及使用方法 熱電阻測溫原理及常用材料、常用組件的使用方法 單色輻射溫度計 全色輻射溫度計 比色輻射溫度計 電動溫度變送器 氣動溫度變送器 測溫布置技術
3. 濕度的測量
干濕球溫度計測量原理 干濕球電學測量和信號傳送感測 光電式露點儀 露點濕度計 氯化鋰電阻濕度計 氯化鋰露點濕度計 陶瓷電阻電容濕度計 毛發絲膜濕度計 測濕布置技術
4. 壓力的測量
液柱式壓力計 活塞式壓力計 彈簧管式壓力計 膜式壓力計波紋 管式壓力計 壓電式壓力計 電阻應變感測器 電容感測器 電感感測器 霍爾應變感測器 壓力儀表的選用和安裝
5. 流速的測量
流速測量原理 機械風速儀的測量及結構 熱線風速儀的測量原理及結構 L型動壓管 圓柱型三孔測速儀 三管型測速儀 流速測量布置技術
6. 流量的測量
節流法測流量原理 測量范圍 節流裝置類型及其使用方法 容積法測流量 其它流量計 流量測量的布置技術
7. 液位的測量
直讀式測液位 壓力法測液位 浮力法測液位 電容法測液位超聲波法測液位 液位測量的布置及誤差消除方法
8. 熱流量的測量
熱流計的分類及使用 熱流計的布置及使用
9. 誤差與數據處理
誤差函數的分布規律 直接測量的平均值、方差、標准誤差、有效數字和測量結果表達 間接測量最優值、標准誤差、誤差傳播理論、微小誤差原則、誤差分配 組合測量原理 最小二乘法原理 組合測量的誤差 經驗公式法 相關系數 回歸分析 顯著性檢驗及分析 過失誤差處理 系統誤差處理方法及消除方法 誤差的合成定律
十四、機械基礎
1. 機械設計的一般原則和程序 機械零件的計算準則 許用應力和安全系數
2. 運動副及其分類 平面機構運動簡圖 平面機構的自由度及其具有確定運動的條件
3. 鉸鏈四桿機構的基本型式和存在曲柄的條件 鉸鏈四桿機構的演化
4. 凸輪機構的基本類型和應用 直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的繪制
5. 螺紋的主要參數和常用類型 螺旋副的受力分析、效率和自鎖螺紋聯接的基本類型 螺紋聯接的強度計算 螺紋聯接設計時應注意的幾個問題
6. 帶傳動工作情況分析 普通V帶傳動的主要參數和選擇計算帶輪的材料和結構 帶傳動的張緊和維護
7. 直齒圓柱齒輪各部分名稱和尺寸 漸開線齒輪的正確嚙合條件和連續傳動條件 輪齒的失效 直齒圓柱齒輪的強度計算 斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析 齒輪的結構 蝸桿傳動的嚙合特點和受力分析 蝸桿和蝸輪的材料
8. 輪系的基本類型和應用 定軸輪系傳動比計算 周轉輪系及其傳動比計算
9. 軸的分類、結構和材料 軸的計算 軸轂聯接的類型
10. 滾動軸承的基本類型 滾動軸承的選擇計算
十五、職業法規
1. 我國有關基本建設、建築、房地產、城市規劃、環保、安全及節能等方面的法律與法規
2. 工程設計人員的職業道德與行為規范
3. 我國有關動力設備及安全方面的標准與規范
2. 論證一下愛因斯坦的"相對論"
相對論是關於時空和引力的基本理論，主要由愛因斯坦(Albert Einstein)創立，分為狹義相對論(特殊相對論)和廣義相對論(一般相對論)。相對論的基本假設是光速不變原理，相對性原理和等效原理。相對論和量子力學是現代物理學的兩大基本支柱。奠定了經典物理學基礎的經典力學，不適用於高速運動的物體和微觀條件下的物體。相對論解決了高速運動問題；量子力學解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論極大的改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念，提出了「同時的相對性」，「四維時空」「彎曲空間」等全新的概念。
狹義相對論，是只限於討論慣性系情況的相對論。牛頓時空觀認為空間是平直的、各向同性的和各點同性的的三維空間——絕對空間，時間是獨立於空間的單獨一維（因而也是絕對的），即絕對時空觀。狹義相對論認為空間和時間並不相互獨立，而是一個統一的四維時空整體，並不存在絕對的空間和時間。在狹義相對論中，整個時空仍然是平直的、各向同性的和各點同性的，這是一種對應於「全局慣性系」的理想狀況。狹義相對論將真空中光速為常數作為基本假設，結合狹義相對性原理和上述時空的性質可以推出洛侖茲變換。
廣義相對論是愛因斯坦在1915年發表的理論。愛因斯坦提出「等效原理」，即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質量與慣性質量的等價性上(目前實驗證實,在10 − 12的精確度范圍內,仍沒有看到引力質量與慣性質量的差別)。根據等效原理，愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理，即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。物體的運動方程即該參考系中的測地線方程。測地線方程與物體自身故有性質無關，只取決於時空局域幾何性質。而引力正是時空局域幾何性質的表現。物質質量的存在會造成時空的彎曲，在彎曲的時空中，物體仍然順著最短距離進行運動(即沿著測地線運動——在歐氏空間中即是直線運動)，如地球在太陽造成的彎曲時空中的測地線運動，實際是繞著太陽轉，造成引力作用效應。正如在彎曲的地球表面上，如果以直線運動，實際是繞著地球表面的大圓走。
倒相對論：相對論的提出，同樣受到很多的指責，有很多人認為它是錯誤的，並大大阻礙了社會的發展。然而這種觀點並不被主流科學界所接受。
愛因斯坦和他的相對論
除了量子理論以外，1905年剛剛得到博士學位的愛因斯坦發表的一篇題為《論動體的電動力學》的文章引發了二十世紀物理學的另一場革命。文章研究的是物體的運動對光學現象的影響，這是當時經典物理學面對的另一個難題。
十九世紀中葉，麥克斯韋建立了電磁場理論，並預言了以光速C傳播的電磁波的存在。到十九世紀末，實驗完全證實了麥克斯韋理論。電磁波是什麼？它的傳播速度C是對誰而言的呢？當時流行的看法是整個宇宙空間充滿一種特殊物質叫做「以太」，電磁波是以太振動的傳播。但人們發現，這是一個充滿矛盾的理論。如果認為地球是在一個靜止的以太中運動，那麼根據速度迭加原理，在地球上沿不同方向傳播的光的速度必定不一樣，但是實驗否定了這個結論。如果認為以太被地球帶著走，又明顯與天文學上的一些觀測結果不符。
1887年邁克爾遜和莫雷利用光的干涉現象進行了非常精確的測量，仍沒有發現地球有相對於以太的任何運動。對此，洛侖茲(H．A．Lorentz)提出了一個假設，認為一切在以太中運動的物體都要沿運動方向收縮。由此他證明了，即使地球相對以太有運動，邁克爾遜也不可能發現它。愛因斯坦從完全不同的思路研究了這一問題。他指出，只要摒棄牛頓所確立的絕對空間和絕對時間的概念，一切困難都可以解決，根本不需要什麼以太。
愛因斯坦提出了兩條基本原理作為討論運動物體光學現象的基礎。第一個叫做相對性原理。它是說：如果坐標系K'相對於坐標系K作勻速運動而沒有轉動，則相對於這兩個坐標系所做的任何物理實驗，都不可能區分哪個是坐標系K，哪個是坐標系K′。第二個原理叫光速不變原理，它是說光（在真空中）的速度c是恆定的，它不依賴於發光物體的運動速度。
從表面上看，光速不變似乎與相對性原理沖突。因為按照經典力學速度的合成法則，對於K′和K這兩個做相對勻速運動的坐標系，光速應該不一樣。愛因斯坦認為，要承認這兩個原理沒有抵觸，就必須重新分析時間與空間的物理概念。
經典力學中的速度合成法則實際依賴於如下兩個假設：1．兩個事件發生的時間間隔與測量時間所用的鍾的運動狀態沒有關系；2．兩點的空間距離與測量距離所用的尺的運動狀態無關。愛因斯坦發現，如果承認光速不變原理與相對性原理是相容的，那麼這兩條假設都必須摒棄。這時，對一個鍾是同時發生的事件，對另一個鍾不一定是同時的，同時性有了相對性。在兩個有相對運動的坐標系中，測量兩個特定點之間的距離得到的數值不再相等。距離也有了相對性。
如果設K坐標系中一個事件可以用三個空間坐標x、y、z和一個時間坐標t來確定，而K′坐標系中同一個事件由x′、y′、z′和t′來確定，則愛因斯坦發現，x′、y′、z′和t′可以通過一組方程由x、y、z和t求出來。兩個坐標系的相對運動速度和光速c是方程的唯一參數。這個方程最早是由洛侖茲得到的，所以稱為洛侖茲變換。
利用洛侖茲變換很容易證明，鍾會因為運動而變慢，尺在運動時要比靜止時短，速度的相加滿足一個新的法則。相對性原理也被表達為一個明確的數學條件，即在洛侖茲變換下，帶撇的空時變數x'、y'、z'、t'將代替空時變數x、y、z、t，而任何自然定律的表達式仍取與原來完全相同的形式。人們稱之為普遍的自然定律對於洛侖茲變換是協變的。這一點在我們探索普遍的自然定律方面具有非常重要的作用。
此外，在經典物理學中，時間是絕對的。它一直充當著不同於三個空間坐標的獨立角色。愛因斯坦的相對論把時間與空間聯系起來了。認為物理的現實世界是各個事件組成的，每個事件由四個數來描述。這四個數就是它的時空坐標t和x、y、z，它們構成一個四維的連續空間，通常稱為閔可夫斯基四維空間。在相對論中，用四維方式來考察物理的現實世界是很自然的。狹義相對論導致的另一個重要的結果是關於質量和能量的關系。在愛因斯坦以前，物理學家一直認為質量和能量是截然不同的，它們是分別守恆的量。愛因斯坦發現，在相對論中質量與能量密不可分，兩個守恆定律結合為一個定律。他給出了一個著名的質量-能量公式：E＝mc2，其中c為光速。於是質量可以看作是它的能量的量度。計算表明，微小的質量蘊涵著巨大的能量。這個奇妙的公式為人類獲取巨大的能量，製造原子彈和氫彈以及利用原子能發電等奠定了理論基礎。
對愛因斯坦引入的這些全新的概念，大部分物理學家，其中包括相對論變換關系的奠基人洛侖茲，都覺得難以接受。舊的思想方法的障礙，使這一新的物理理論直到一代人之後才為廣大物理學家所熟悉，就連瑞典皇家科學院，1922年把諾貝爾獎金授予愛因斯坦時，也只是說「由於他對理論物理學的貢獻，更由於他發現了光電效應的定律。」對於相對論隻字未提。
愛因斯坦於1915年進一步建立起了廣義相對論。狹義相對性原理還僅限於兩個相對做勻速運動的坐標系，而在廣義相對論性原理中勻速運動這個限制被取消了。他引入了一個等效原理，認為我們不可能區分引力效應和非勻速運動，即非勻速運動和引力是等效的。他進而分析了光線在靠近一個行量附近穿過時會受到引力而彎折的現象，認為引力的概念本身完全不必要。可以認為行星的質量使它附近的空間變成彎曲，光線走的是最短程線。基於這些討論，愛因斯坦導出了一組方程，它們可以確定由物質的存在而產生的彎曲空間幾何。利用這個方程，愛因斯坦計算了水星近日點的位移量，與實驗觀測值完全一致，解決了一個長期解釋不了的困難問題，這使愛因斯坦激動不已。他在寫給埃倫菲斯特的信中這樣寫道：「……方程給出了近日點的正確數值，你可以想像我有多高興！有好幾天，我高興得不知怎樣才好。」
1915年11月25日，愛因斯坦把題為「萬有引力方程」的論文提交給了柏林的普魯士科學院，完整地論述了廣義相對論。在這篇文章中他不僅解釋了天文觀測中發現的水星軌道近日點移動之謎，而且還預言：星光經過太陽會發生偏折，偏折角度相當於牛頓理論所預言的數值的兩倍。第一次世界大戰延誤了對這個數值的測定。1919年5月25日的日全食給人們提供了大戰後的第一次觀測機會。英國人愛丁頓奔赴非洲西海岸的普林西比島，進行了這一觀測。11月6日，湯姆遜在英國皇家學會和皇家天文學會聯席會議上鄭重宣布：得到證實的是愛因斯坦而不是牛頓所預言的結果。他稱贊道「這是人類思想史上最偉大的成就之一。愛因斯坦發現的不是一個小島，而是整整一個科學思想的新大陸。」泰晤士報以「科學上的革命」為題對這一重大新聞做了報道。消息傳遍全世界，愛因斯坦成了舉世矚目的名人。廣義相對論也被提高到神話般受人敬仰的寶座。
從那時以來，人們對廣義相對論的實驗檢驗表現出越來越濃厚的興趣。但由於太陽系內部引力場非常弱，引力效應本身就非常小，廣義相對論的理論結果與牛頓引力理論的偏離很小，觀測非常困難。七十年代以來，由於射電天文學的進展，觀測的距離遠遠突破了太陽系，觀測的精度隨之大大提高。特別是1974年9月由麻省理工學院的泰勒和他的學生惠斯勒，用305米口徑的大型射電望遠鏡進行觀測時，發現了脈沖雙星，它是一個中子星和它的伴星在引力作用下相互繞行，周期只有0.323天，它的表面的引力比太陽表面強十萬倍，是地球上甚至太陽系內不可能獲得的檢驗引力理論的實驗室。經過長達十餘年的觀測，他們得到了與廣義相對論的預言符合得非常好的結果。由於這一重大貢獻，泰勒和惠斯勒獲得了1993年諾貝爾物理獎。
相對論
十九世紀後期，由於光的波動理論的確立，科學家相信一種叫「以太」的連續介質充滿了宇宙空間，就象空氣中的聲波一樣，光線和電磁信號是「以太」中的波。然而，與空間完全充滿「以太」的思想相悖的結果不久就出現了：根據「以太」理論應得出，光線傳播速度相對於「以太」應是一個定值，因此，如果你沿與光線傳播相同的方向行進，你所測量到的光速應比你在靜止時測量到的光速低；反之，如果你沿與光線傳播相反的方向行進，你所測量到的光速應比你在靜止時測量到的光速高。但是，一系列實驗都沒有找到造成光速差別的證據。
在這些實驗當中，阿爾波特·邁克爾遜和埃迪沃德·莫里1887年在美國俄亥俄州克里夫蘭的凱斯研究所所完成的測量，是最准確細致的。他們對比兩束成直角的光線的傳播速度，由於圍著自轉軸的轉動和繞太陽的公轉，根據推理，地球應穿行在「以太」中，因此上述成直角的兩束光線應因地球的運動而測量到不同的速度，愛爾蘭物理學家喬治·費茲哥立德和荷蘭物理學家亨卓克·洛侖茲，最早認為相對於「以太」運動的物體在運動方向的尺寸會收縮，而相對於「以太」運動的時鍾會變慢。並且洛侖茲提出了著名的洛侖茲變換。而對「以太」，費茲哥立德和洛侖茲當時都認為是一種真實存在的物質。而法國數學家龐加萊懷疑這一點，並預見全新的力學會出現。
馬赫和休謨的哲學對愛因斯坦影響很大。馬赫認為時間和空間的量度與物質運動有關。時空的觀念是通過經驗形成的。絕對時空無論依據什麼經驗也不能把握。休謨更具體的說：空間和廣延不是別的，而是按一定次序分布的可見的對象充滿空間。而時間總是又能夠變化的對象的可覺察的變化而發現的。1905年愛因斯坦指出，邁克爾遜和莫雷實驗實際上說明關於「以太」的整個概念是多餘的，光速是不變的。而牛頓的絕對時空觀念是錯誤的。不存在絕對靜止的參照物，時間測量也是隨參照系不同而不同的。他用光速不變和相對性原理提出了洛侖茲變換。創立了狹義相對論。
愛因斯坦死後的幾十年裡，其形象不斷地被拔高。他寫的書幾十年長銷不衰，他的話經常被流行文化引征據用，他的肖像被印在T恤衫上和咖啡杯上，可以說商業用途極為廣泛。被奉為聖人，其形象卻從不咄咄逼人，愛因斯坦自始至終的形象都是：一個溫和文雅的天才。他有多少天分，同樣就有多少慈善。成就和人格的完美結合，使得許多人視愛因斯坦為聖人。但實際上，當我們越關注愛因斯坦外在的高大形象，反而越不能了解那個真正的愛因斯坦和他所做過的一切。
幸虧有了一個堅持不懈的出版計劃，20世紀最偉大的科學家其真正面貌才得以最終成型。這就是《愛因斯坦全集》。這套將公布愛因斯坦約14000篇原始文件的全集共有25卷，現在已經出版到第8卷。全套文集不僅包括了愛因斯坦所有科學文獻以供研究者追隨這位科學家的思想歷程，而且還公布了其大量的書信來往，展現了其真實的為人。在那裡面，你可以深深地感受到愛因斯坦的智慧和魅力還有令人尊敬的勇氣和社會正義感。但另一方面，文集也說明了愛因斯坦遠不是一個聖人，他也尖酸刻薄，也反叛，甚至可以說是有點放盪。
當你走進美國自然博物館陰暗的展覽大廳，耳邊響起英國著名作曲家霍爾斯特在1918年創作的《ThePlanets（行星組曲）》時，那種極不和諧、有點刺耳的音調彷彿在提醒遊客：愛因斯坦的內心世界就是這樣矛盾、這么不和諧的。
一直以來，流傳著許多關於愛因斯坦具有超自然能力的各種傳說，他的姐姐說他的後腦勺又大又有稜角。
以前曾流傳過許多關於愛因斯坦具有超自然能力的各種傳說。（最為典型的一個故事，稱愛因斯坦小時候說出的第一句話竟然是抱怨牛奶太熱了，目瞪口呆的父母問他為什麼以前一直不開口說話。誰料這個小天才回答：「因為，以前的一切都沒有什麼問題呀！」）
根據愛因斯坦的的姐姐瑪亞在一部從未出版過的自傳中稱，愛因斯坦的智力發展很慢，而且到了很晚才開始會說話。瑪亞說：「當愛因斯坦剛出生的時候，母親看見他那又巨大又有稜角的後腦勺時都快嚇壞了。」
「愛因斯坦的大腦的確異於常人，大腦海馬區左側的神經細胞明顯比右側的大，並且分布很規則」（加州大學Zaidel博士）
美國加州大學的Zaidel博士稱，愛因斯坦的大腦與普通人相比，存在著「顯著的差異」。Zaidel研究了愛因斯坦的兩個大腦組織切片（生物實驗中經常使用的研究方法），這兩個切片含有大腦海馬區的神經細胞，它們負責處理語言與想像的工作。通過與10個普通人的大腦切片對比，Zaidel博士發現愛因斯坦大腦組織存在顯著的「優勢」：愛因斯坦大腦海馬區左側的神經細胞明顯比右側的大，並且分布很規則；而普通人該組織區的神經細胞看上去很小，而且表現得「非常不規則」。
但是Zaidel指出，愛因斯坦大腦組織的特性「是天生的，還是後天發展的結果」，目前尚不能定論。
「我沒有任何特殊的才能。我擁有的只是極其強烈的好奇心。」「我的智力發展很遲緩，我一直到了完全長大以後，才開始對時空問題感到疑惑的。」（愛因斯坦）
那麼，愛因斯坦究竟是一個怎樣的人，他如何「看到」別人「看不到」的東西？愛因斯坦把其成功歸結於他的起步慢。他有一次寫道：「一個正常的成年人從來不會停止思考關於時間和空間的問題。但是我的智力發展卻很遲緩，我一直到了完全長大以後，才開始對時空問題感到疑惑。」
在1915年，愛因斯坦曾對一名校友說過：「一個人不應該追求那些容易得到的東西，所以我們還是繼續努力吧。」
哈佛大學的物理兼科學史專家格雷得·和頓是愛因斯坦1955年去世後第一個獲許翻看檔案的學者。如今76歲的和頓說當年他翻看愛因斯坦的檔案時，被其獨一無二的光輝所完全折服。「愛因斯坦的思考方式完全不像教科書上所說的那樣，先做實驗，然後得出理論，最後檢驗結論，他而是幾乎完全靠『想』進行創造，以其極度跳躍的思維來完成他的『實驗』。愛因斯坦的智慧是超乎常人的。」
幼年、青年、老年時期的愛因斯坦
相對論改變了世界
愛因斯坦一生大約發表過300篇科學論文，但歸納其最重要的理論有：
相對論
1905年發表了狹義相對論。這個理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度，其它任何事物——速度、長度、質量和經過的時間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。
時空
愛因斯坦發表他的相對論之二百年前，英國物理學家艾薩克·牛頓（1643~1727）提出時間和空間都是絕對的，空間和時間是完全分開的。然而，在相對論數學中，時間和三維空間——長、寬和高，一起構成一個四維空間框架，叫做時空關聯集。
質量和能量
愛因斯坦從他的狹義相對論中推導出等式E＝MC2（這里E是能量，M是質量，C是恆定的光速），他用這個等式解釋了質量和能量是等價的。現在認為，質量和能量是同一種物質的不同形式，稱為質能。例如，如果一個物體的能量減少了一定量E，則它的質量也減少等於MC2的量，然而，質能不會消失，只不過以另一種形式被釋放，它叫輻射能量。
廣義相對論
1915年發表了廣義相對論，解釋了引力作用和加速度作用沒有差別的原因。他還解釋了引力是如何和時空彎曲聯系起來的，利用數學，愛因斯坦指出物體使周圍空間、時間彎曲，在物體具有很大的相對質量（例如一顆恆星）時，這種彎曲可使從它旁邊經過的任何其它事物，即使是光線，改變路徑。
蟲洞
理論上，蟲洞是一個黑洞，它的質量非常大，把時空彎曲吸進了它自身之中，它的口開向宇宙的另一個空間及時間，或者也許完全進入另一個宇宙空間。也許能夠利用蟲洞建立一個時間旅行機器，但許多科學家們指出這個機器不可能重返到它自身被創建的時間之前。
他還是一個發明匠
我們常常把愛因斯坦想像成一個總在開小差的天才，他的魂兒常常被時空勾了去。但其實，愛因斯坦也是一個動手能力很強的發明家。他的父母開了一家電力廠，並常常鼓勵小愛因斯坦以後當一個工程師。
他曾經和別人一起合作發明了一套不需拆卸的冷凍系統，後來在一戰期間，又曾為德國空軍設計了一款機翼。
愛因斯坦曾在瑞士伯爾尼專利局當過7年評估員。盡管他在工作的時候常常走神發白日夢（在用腦子做實驗），但愛因斯坦對自己的工作還是頗為勝任的，並在1906年獲得了一次升職的機會。此外，他在那時就擁有了好幾個屬於自己的專利，包括一個在20世紀20年代和別人合作發明的一套不需拆卸的冷凍系統。在一戰期間，愛因斯坦又為德國空軍設計了一款機翼，並進行到了實驗階段。可惜當時那個負責測試的飛行員向上級抱怨說飛機裝上了愛因斯坦所設計的機翼後看上去就像是一隻「懷孕的鴨子」，計劃最終流產。
他與FBI「秘密交鋒」
盡管愛因斯坦在私生活中很冷漠，但他在公眾場合中卻表現出很強的社交能力，他甚至是一個天生適合當名人的人。愛因斯坦拍照時非常上鏡，而且擁有一副很有磁性的嗓音。在一部關於愛因斯坦的記錄片中有這么一個鏡頭：愛因斯坦被一群記者簇擁著而從容應付。有一個記者問他：「愛因斯坦教授，請問您為自己成為一個美國人而感到高興嗎？」愛因斯坦諷刺他：「既然你站在這里這樣問我，那我的回答是『當然了，我感到非常榮幸』」。愛因斯坦在1930年12月11日的旅行日記中有一段話就更加直接地奚落記者。「一群記者在長島登上了我們的船，問了我一些極為愚蠢的問題，當我用一些毫不值錢的濫調回答他們的時候，他們卻像如獲至寶般歡喜而歸。」
他在科學界與政界都樹下了不少敵人，他支持猶太人在中東建國，但又很早就警告說應當關注當地阿拉伯人的利益。
盡管愛因斯坦在感情上極其喜惡分明，但最典型的體現在他參與的社會和政治事端。愛因斯坦曾經不知疲倦地幫助那些納粹德國的難民逃到美國，他還致力於在耶路撒冷建立希伯來大學以作為猶太人科學家的避難所。愛因斯坦支持猶太人在巴勒斯坦重建猶太人的王國，但他同時早在1955年就警告說：「我們的建國政策中最關鍵的一環是要給予一直在中東地區生活的阿拉伯人們同樣平等的權利。」作為一個忠實的社會主義者，愛因斯坦對資本主義極不信任，他相信，建立「世界政府」是有效控制核武器發展的唯一途徑，並只有這樣才能從根本上避免戰爭的發生。
他是一個激進主義者，在德國，他上了納粹黨的黑名單，逃到美國後，FBI花費了22年的時間一直監視他，不僅誣陷他是間諜，還想方設法要把他驅逐出境
愛因斯坦是人權運動最早期的倡導者之一，這是愛因斯坦作為一個激進主義者最鮮為人知的一面。愛因斯坦不僅利用自己的聲望極力反對私刑拷問，他還參加了（美國）全國有色人種協進會（NAACP）的工作。
因此，愛因斯坦這種對抗當局的行為使他在科學界和政界中樹下了不少敵人。他的名字最早在1922年就被寫進了納粹黨的黑名單，還有許多頗有聲望的德國物理學家也公開稱愛因斯坦的研究為「猶太人的物理學」。這種愚昧的攻擊甚至在愛因斯坦與1933年逃到美國普林斯頓大學後也沒有停止。
逃到美國後，其激進行為同樣讓FBI感到非常不安，美國聯邦調查局前局長胡佛和愛因斯坦之間由此進行了一場長達20多年的「秘密戰爭」。在胡佛的指示下，美國聯邦調查局一共搜集了1800多頁的有關愛因斯坦的檔案，而他們的目的就是要把愛因斯坦驅逐出美國。胡佛的結論是：愛因斯坦實際上是俄國派到柏林的一個間諜。不過這種荒謬的說法竟然奏效了，愛因斯坦最終被阻擋在曼哈頓原子彈計劃之外。這就是為什麼愛因斯坦建議羅斯福研製核彈卻從未參與該工程的原因。
「婚姻是披著文明外衣的奴隸制」
毋庸諱言，愛因斯坦對待女性的看法，確實受到過德國哲學家叔本華思想的深刻影響。他從未把愛情看得是高於一切。他在離婚前就有過外遇，並且在第二次結婚後，也有過越軌行為。他認為，從本質上說，婚姻都是愚蠢的，自己也多次談到了他的不適合於家庭生活的個性。
「我曾經有過兩次丟臉的婚姻」。愛因斯坦對愛情的激情是有節制的，他從未讓激情淹沒自己冷靜的理性。
愛因斯坦的私生活常為人所詬病。說的最多的是他的兩次「丟臉的婚姻」以及穿插其中的幾次婚外情。有作者甚至暗示他與終生未婚的女秘書杜卡斯之間存在不正當的關系。
愛因斯坦與第一任妻子米勒瓦在大學相識，但受到了來自家庭的強烈反對。一直到了米勒瓦為愛因斯坦生下了一個女孩，取名麗莎爾，兩人才在1903年最終成了婚。不過，愛因斯坦卻從來沒有見過自己的私生女。而且麗莎爾在幼年時就夭折了。
愛因斯坦在信中對米勒瓦所流露出的「我怎麼沒有早點遇到你，我的小寶貝！」的這種柔情非常的短暫，在愛因斯坦聲望益高，在兩個小兒子出世後，而米勒瓦也開始出現了精神分裂症的症狀時，夫妻間的恩愛很快就消失了，剩下的只有互相的嘲笑和欺騙。愛因斯坦在1913年寫給他的堂妹艾爾莎的信上說：「（米勒瓦）是一個很不友善，毫無幽默感的生物——只要她在，就會拚命破壞別人快樂的生活。」艾爾莎那時候已經成為了愛因斯坦的情人，並後來於1919年成為他的第二任妻子。
「我不會希望自己嫁給他，但我們依然喜歡他，盡管他存在許多的缺點。」（卡拉普愛斯）
狹義相對論是建立在四維時空觀上的一個理論，因此要弄清相對論的內容，要先對相對論的時空觀有個大體了解。在數學上有各種多維空間，但目前為止，我們認識的物理世界只是四維，即三維空間加一維時間。現代微觀物理學提到的高維空間是另一層意思，只有數學意義，在此不做討論。
四維時空是構成真實世界的最低維度，我們的世界恰好是四維，至於高維真實空間，至少現在我們還無法感知。我在一個帖子上說過一個例子，一把尺子在三維空間里（不含時間）轉動，其長度不變，但旋轉它時，它的各坐標值均發生了變化，且坐標之間是有聯系的。四維時空的意義就是時間是第四維坐標，它與空間坐標是有聯系的，也就是說時空是統一的，不可分割的整體，它們是一種」此消彼長」的關系。
四維時空不僅限於此，由質能關系知，質量和能量實際是一回事，質量（或能量）並不是獨立的，而是與運動狀態相關的，比如速度越大，質量越大。在四維時空里，質量（或能量）實際是四維動量的第四維分量，動量是描述物質運動的量，因此質量與運動狀態有關就是理所當然的了。在四維時空里，動量和能量實現了統一，稱為能量動量四矢。另外在四維時空里還定義了四維速度，四維加速度，四維力，電磁場方程組的四維形式等。值得一提的是，電磁場方程組的四維形式更加完美，完全統一了電和磁，電場和磁場用一個統一的電磁場張量來描述。四維時空的物理定律比三維定律要完美的多，這說明我們的世界的確是四維的。可以說至少它比牛頓力學要完美的多。至少由它的完美性，我們不能對它妄加懷疑。
相對論中，時間與空間構成了一個不可分割的整體——四維時空，能量與動量也構成了一個不可分割的整體——四維動量。這說明自然界一些看似毫不相乾的量之間可能存在深刻的聯系。在今後論及廣義相對論時我們還會看到，時空與能量動量四矢之間也存在著深刻的聯系。
3 狹義相對論基本原理
物質在相互作用中作永恆的運動，沒有不運動的物質，也沒有無物質的運動，由於物質是在相互聯系，相互作用中運動的，因此，必須在物質的相互關系中描述運動，而不可能孤立的描述運動。也就是說，運動必須有一個參考物，這個參考物就是參考系。
伽利略曾經指出，運動的船與靜止的船上的運動不可區分，也就是說，當你在封閉的船艙里，與外界完全隔絕，那麼即使你擁有最發達的頭腦，最先進的儀