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愛因斯坦廣義相對論簡單解釋
愛因斯坦廣義相對論簡單解釋
更新时间:2025-04-04 09:48:09

愛因斯坦是20世紀最偉大的物理學家,相信不會有任何疑問,他創立了狹義相對論和廣義相對論。而相對論是現代物理學大廈的兩大基石之一(另一大基石是量子力學)。

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,加上網絡上有很多關于相對論的謬論,在各種以訛傳訛的過程中,很多人都被誤導了!

愛因斯坦廣義相對論簡單解釋(狹義和廣義相對論是如何誕生的)1

那麼,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學推導出來的,與實驗幾乎沒有任何關系。

也就是說,相對論并不是從實驗中推導出來的,更多的是依靠愛因斯坦颠覆性的思維創建的。

在愛因斯坦提出相對論之前,牛頓的經典力學和絕對時空觀統治着整個物理學界,當時的物理學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地球為參照物。

當時的愛因斯坦隻是工作沒幾年的專利局普通職員,但他癡迷于如此優美的麥克斯韋方程組。

愛因斯坦廣義相對論簡單解釋(狹義和廣義相對論是如何誕生的)2

該方程組表明,光在真空中的速度是恒定的,隻與真空的磁導率和介電常數有關,沒有所謂的參照系。

愛因斯坦廣義相對論簡單解釋(狹義和廣義相對論是如何誕生的)3

這顯然與牛頓的絕對時空觀矛盾,絕對時空觀強調速度是可以疊加的。

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後仍舊是光速。

怎麼辦?

一個是統治整個物理學界幾百年的牛頓絕對時空觀,一個是最優美的麥克斯韋方程組,兩者物理學家們都不想得罪。

物理學家們想盡了各種辦法協調兩者,但最終都沒能被物理學界接受。

愛因斯坦廣義相對論簡單解釋(狹義和廣義相對論是如何誕生的)4

最後愛因斯坦那具有颠覆性思維的大腦提出了光速不變原理。

愛因斯坦認為:既然光速不需要參照系,就意味着光速在任何參照系或者任何運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驗沒有任何關系,完全就是數學和思想的結果。

當然與邁克爾遜莫雷實驗也沒有任何關系了,這個實驗隻是想利用光速試圖證明光速的存在,狹義相對論隻是順便解釋了這個實驗而已。

而且當時的愛因斯坦僅僅是一名普通職員,根本沒有機會接觸到相關實驗的論文。

當然,也正是因為狹義相對論的提出沒有經過任何實驗論證,在近十年的時間裡,并沒有被物理學界所接受,物理學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驗論證的理論呢?

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展到了所有參照系。

慣性系(靜止或勻速直線運動)隻存在理論上,實際上是不存在的,因為引力無處不在。

廣義相對論就是狹義相對論的再次升華,變得更加普适。

愛因斯坦廣義相對論簡單解釋(狹義和廣義相對論是如何誕生的)5

正如剛才所說,相對論提出之後,并沒有被物理學界認可,直到十餘年之後,愛丁頓觀測到的日食現象與廣義相對論非常符合,之後相對論才慢慢進入物理學家們的視野當中,開始被大衆一點點接受。

最後還要說一點,其實在愛因斯坦提出狹義相對論之前,不少物理學大佬馬上觸摸到了相對論的聖杯,就差一層“窗戶紙”,比說說龐加萊,洛倫茲等人,但就是因為始終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,還是遺憾錯過狹義相對論)。

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