愛因斯坦是20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家,相信不會有任何疑問,他創(chuàng)立了狹義相對論和廣義相對論。而相對論是現(xiàn)代物理學(xué)大廈的兩大基石之一(另一大基石是量子力學(xué))。 幾乎每個人都聽說過相對論,但很多人并不了解相對論是如何誕生的,加上網(wǎng)絡(luò)上有很多關(guān)于相對論的謬論,在各種以訛傳訛的過程中,很多人都被誤導(dǎo)了! 那么,愛因斯坦是如何提出狹義相對論和廣義相對論的呢? 簡單來講,是通過物理思想加上數(shù)學(xué)推導(dǎo)出來的,與實(shí)驗(yàn)幾乎沒有任何關(guān)系。 也就是說,相對論并不是從實(shí)驗(yàn)中推導(dǎo)出來的,更多的是依靠愛因斯坦顛覆性的思維創(chuàng)建的。 在愛因斯坦提出相對論之前,牛頓的經(jīng)典力學(xué)和絕對時空觀統(tǒng)治著整個物理學(xué)界,當(dāng)時的物理學(xué)家對絕對時空觀深信不疑,絕對時空觀也符合人們對日常認(rèn)知。 何為絕對時空觀?通俗地講,時間和空間是絕對的,任何人的時間流逝速度都是一樣的。 同時,任何速度都是可以疊加的,任何事物的運(yùn)動速度都是相對的,即都需要參照物,比如說,我們通常所說的速度都是默認(rèn)地球?yàn)閰⒄瘴铩?/p> 當(dāng)時的愛因斯坦只是工作沒幾年的專利局普通職員,但他癡迷于如此優(yōu)美的麥克斯韋方程組。 該方程組表明,光在真空中的速度是恒定的,只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān),沒有所謂的參照系。 這顯然與牛頓的絕對時空觀矛盾,絕對時空觀強(qiáng)調(diào)速度是可以疊加的。 舉個例子,你我以每秒5米的速度反向奔跑,我們之間的相對速度就是10米每秒。 但麥克斯韋方程組表明,光速不需要疊加,或者說光速與任何其他速度疊加之后仍舊是光速。 怎么辦? 一個是統(tǒng)治整個物理學(xué)界幾百年的牛頓絕對時空觀,一個是最優(yōu)美的麥克斯韋方程組,兩者物理學(xué)家們都不想得罪。 物理學(xué)家們想盡了各種辦法協(xié)調(diào)兩者,但最終都沒能被物理學(xué)界接受。 最后愛因斯坦那具有顛覆性思維的大腦提出了光速不變原理。 愛因斯坦認(rèn)為:既然光速不需要參照系,就意味著光速在任何參照系或者任何運(yùn)動形式下都保持不變。 再加上相對性原理(在慣性參照系下,物理定律等價),在兩個原理的前提下,狹義相對論呼之欲出。 可以看出,愛因斯坦提出相對論的過程與實(shí)驗(yàn)沒有任何關(guān)系,完全就是數(shù)學(xué)和思想的結(jié)果。 當(dāng)然與邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)也沒有任何關(guān)系了,這個實(shí)驗(yàn)只是想利用光速試圖證明光速的存在,狹義相對論只是順便解釋了這個實(shí)驗(yàn)而已。 而且當(dāng)時的愛因斯坦僅僅是一名普通職員,根本沒有機(jī)會接觸到相關(guān)實(shí)驗(yàn)的論文。 當(dāng)然,也正是因?yàn)楠M義相對論的提出沒有經(jīng)過任何實(shí)驗(yàn)論證,在近十年的時間里,并沒有被物理學(xué)界所接受,物理學(xué)大佬們壓根就不相信愛因斯坦的狹義相對論。 這也是可以理解的:誰會輕易相信一個沒有得到實(shí)驗(yàn)論證的理論呢? 有了狹義相對論,廣義相對論的提出就相對簡單多了。狹義相對論一個重要前提是慣性參照系,而廣義相對論把慣性參照系擴(kuò)展到了所有參照系。 慣性系(靜止或勻速直線運(yùn)動)只存在理論上,實(shí)際上是不存在的,因?yàn)橐o處不在。 廣義相對論就是狹義相對論的再次升華,變得更加普適。 正如剛才所說,相對論提出之后,并沒有被物理學(xué)界認(rèn)可,直到十余年之后,愛丁頓觀測到的日食現(xiàn)象與廣義相對論非常符合,之后相對論才慢慢進(jìn)入物理學(xué)家們的視野當(dāng)中,開始被大眾一點(diǎn)點(diǎn)接受。 最后還要說一點(diǎn),其實(shí)在愛因斯坦提出狹義相對論之前,不少物理學(xué)大佬馬上觸摸到了相對論的圣杯,就差一層“窗戶紙”,比說說龐加萊,洛倫茲等人,但就是因?yàn)槭冀K不肯放棄絕對時空觀,最終與狹義相對論失之交臂(洛倫茲都提出了著名的洛倫茲變換了,無限接近狹義相對論,但最終還是遺憾錯過狹義相對論)。 |
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