愛因斯坦《相對(duì)論》

愛因斯坦的《相對(duì)論》,一直只能用尊敬來形容,知道很厲害缅刽,就是不懂。只知道相對(duì)論和量子力學(xué)并稱為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石蠢络。前幾天在我們家后山的仙岳書院衰猛,居然看到一本愛因斯坦本人寫的相對(duì)論入門書籍,而且巧的事刹孔,居然是我的母校出版社出版的啡省,于是決定借來看一看。


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科學(xué)史上有兩個(gè)奇跡年髓霞,分別是1666年和1905年卦睹,對(duì)應(yīng)兩個(gè)科學(xué)牛人。1666年方库,牛頓在23歲的時(shí)候?yàn)榱硕惚芪烈呓嵝颍氐接?guó)鄉(xiāng)下,幾乎就在這一年纵潦,牛頓做出了巨大的成就徐鹤,為光學(xué)、數(shù)學(xué)邀层、力學(xué)打下了基礎(chǔ)返敬。1905年,年僅26歲的愛因斯坦是一個(gè)在蘇黎世專利局工作的小職員寥院,但是就在這一年劲赠,愛因斯坦發(fā)表了6篇論文,關(guān)于分子秸谢、原子经磅、光電效應(yīng)等,也包括眾所周知的狹義相對(duì)論钮追。后來時(shí)隔11年预厌,愛因斯坦在1916年正式發(fā)表了廣義相對(duì)論。

想起一個(gè)段子元媚,愛因斯坦給別人解釋相對(duì)論轧叽,說“當(dāng)你和一位美女坐在一起時(shí)苗沧,感覺時(shí)間過得飛快;當(dāng)你和一位老太婆坐在一起是炭晒,感覺時(shí)間過得很慢”待逞。雖然這本書只是《相對(duì)論》的入門科普讀本,不過看起來還真是艱澀難懂网严。從歐幾米得幾何學(xué)的點(diǎn)線面開始识樱,一點(diǎn)點(diǎn)娓娓道來,構(gòu)建一套新的解釋世界的理論體系震束×梗科學(xué)是一顆大樹,枝繁葉茂垢村,自成體系割疾,愛因斯坦也是在無數(shù)前人的基礎(chǔ)上得到相對(duì)論這顆碩果的。文中提到了大量的前人嘉栓,包括前人的實(shí)驗(yàn)宏榕、理論、公式侵佃。也不得不嘆服麻昼,數(shù)學(xué)真是美妙,用一些簡(jiǎn)單的公式馋辈,就可以解釋這么復(fù)雜的世界抚芦,可以說數(shù)學(xué)不是一門單獨(dú)的學(xué)科,但是數(shù)學(xué)水平的高低首有,直接決定了其它學(xué)科上的成就燕垃。


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【狹義相對(duì)論】

光速是一個(gè)恒定的常量(3*10^8m/s),所有物體的速度不能超過光速井联。

1卜壕、一個(gè)物體的時(shí)間不是恒定的,速度越快烙常,它的時(shí)間越慢轴捎。之所以我們平時(shí)感覺不出來,是因?yàn)樗俣炔粔蚩觳显啵@個(gè)時(shí)間變慢的效應(yīng)很不明顯侦副。一個(gè)實(shí)際的應(yīng)用是,我們?nèi)蛴玫腉PS衛(wèi)星給我們提供了精準(zhǔn)的時(shí)間驼鞭,這些衛(wèi)星在高速的繞地球飛行秦驯,飛得快,時(shí)間就變慢了挣棕,它需要根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論不斷的矯正自己的時(shí)間译隘。前幾年很火的一部電影《星際穿越》亲桥,里面的老爹飛躍星際,在黑洞里面尋找奧秘固耘,最后回來的時(shí)候题篷,老爹還是那個(gè)老爹,她的女兒卻已經(jīng)變成一個(gè)老太太厅目。

2番枚、一個(gè)物體的空間不是恒定的,速度越快损敷,它的長(zhǎng)度就越短(延運(yùn)動(dòng)的方向)葫笼。我記得小時(shí)候看過一本書,里面畫了一張圖嗤锉,假設(shè)一個(gè)人騎著自行車以接近光速的速度在路上騎著渔欢,這個(gè)人在沿著騎行道路的方向上墓塌,空間就變短瘟忱,也就是說這個(gè)人看起來變得更瘦了。

3苫幢、相對(duì)論把質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律合二為一访诱,經(jīng)典的公式E=mc^2,韩肝。以前一直納悶這個(gè)公式怎么來的触菜,甚至懷疑是不是拍腦袋想出來的。其實(shí)不然哀峻,這個(gè)公式是在前人科學(xué)家的研究基礎(chǔ)之上逐步推導(dǎo)出來的涡相,甚是美妙,讓人嘆服剩蟀。

【廣義相對(duì)論】

狹義相對(duì)論催蝗,討論的是靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)下的情況;廣義相對(duì)論育特,討論的是加速運(yùn)動(dòng)下的情況丙号。

牛頓的萬有引力定律:兩個(gè)物體之間的引力,與它們質(zhì)量的乘積成正比缰冤,與距離的平方成反比犬缨。

廣義相對(duì)論,簡(jiǎn)單理解就是棉浸,宇宙空間中的物體在它周圍會(huì)造成一個(gè)空間的扭曲怀薛,質(zhì)量越大,空間扭曲越厲害迷郑。地球之所以繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)枝恋,并不是由于萬有引力迂苛,而是太陽(yáng)把周圍的空間扭曲了,地球是沿著扭曲的空間做運(yùn)動(dòng)鼓择。好比一個(gè)彈簧床饭弓,一個(gè)很重的東西壓在中間污秆,床上東西都會(huì)朝中間滾動(dòng),這個(gè)力不是萬有引力,而是空間扭曲的結(jié)果醒陆,往中間滾動(dòng)的運(yùn)動(dòng)還是遵守基本的力和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

相對(duì)來講枚驻,廣義相對(duì)論比牛頓的萬有引力快骗,更能解釋一些事情。如果萬有引力與距離的平方成反比偎漫,那么如果一個(gè)行星受到一點(diǎn)外力爷恳,距離拉近了一點(diǎn),那么萬有引力就更強(qiáng)了象踊,這樣會(huì)打破平衡更有力的把雙方拉近温亲,距離越近力越強(qiáng),力越強(qiáng)距離越拉近杯矩,直到行星墜入到恒星栈虚,反之亦然,有一個(gè)向外的力史隆,會(huì)最終導(dǎo)致行星飛離恒星魂务。而廣義相對(duì)論認(rèn)為沒有萬有引力,只是一個(gè)空間的扭曲泌射,無論怎樣受力粘姜,它都在這個(gè)扭曲的空間里面按照現(xiàn)有的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

通過推導(dǎo)熔酷,光線在加速運(yùn)動(dòng)參照系或者“引力場(chǎng)”中是延曲線傳播的孤紧,并且計(jì)算出光線在經(jīng)過太陽(yáng)的曲率是1.7角秒,后來英國(guó)科學(xué)家在一次日全食中驗(yàn)證了愛因斯坦的這個(gè)推論纯陨。


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【宇宙】

有限無界坛芽。好比一個(gè)球面的二維世界,這個(gè)二維世界里面的生物只能生活在這個(gè)球面上翼抠,他們對(duì)整個(gè)世界的觀察只能在這個(gè)球面上咙轩,這個(gè)二維世界的生物會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的世界是有限的,但是它沒有邊界阴颖。然后順著推導(dǎo)到三維世界活喊,我們的三維世界(空間)也是一個(gè)有限但是沒有邊界的宇宙。而如今量愧,科學(xué)家認(rèn)為整個(gè)宇宙是十一維的钾菊。

書中提到了很多“實(shí)驗(yàn)”帅矗,但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在頭腦中完成,完全沒辦法在現(xiàn)實(shí)中去做實(shí)驗(yàn)煞烫,但是正是這樣的理論實(shí)驗(yàn)浑此,幫助愛因斯坦推導(dǎo)出相對(duì)論的結(jié)論,也幫助我們理解這套理論滞详。他老人家的腦子真好使凛俱!是不是因?yàn)檫@樣,我們就稱之為“理論”物理學(xué)家料饥。

人類社會(huì)不斷進(jìn)步蒲犬,解釋世界的能力越來越強(qiáng),后人在前人的基礎(chǔ)之上更接近真理岸啡,并不是說前人的理論不正確原叮,而是說后人比前人解釋的尺度更大、更廣巡蘸。

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