狭义和广义相对论是如何诞生的?很多人都误解爱因斯坦了 。
爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家 , 相信不会有任何疑问 , 他创立了狭义相对论和广义相对论 。而相对论是现代物理学大厦的两大基石之一(另一大基石是量子力学) 。
几乎每个人都听说过相对论 , 但很多人并不了解相对论是如何诞生的 , 加上网络上有很多关于相对论的谬论 , 在各种以讹传讹的过程中 , 很多人都被误导了!
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那么 , 爱因斯坦是如何提出狭义相对论和广义相对论的呢?
简单来讲 , 是通过物理思想加上数学推导出来的 , 与实验几乎没有任何关系 。
也就是说 , 相对论并不是从实验中推导出来的 , 更多的是依靠爱因斯坦颠覆性的思维创建的 。
在爱因斯坦提出相对论之前 , 牛顿的经典力学和绝对时空观统治着整个物理学界 , 当时的物理学家对绝对时空观深信不疑 , 绝对时空观也符合人们对日常认知 。
何为绝对时空观?通俗地讲 , 时间和空间是绝对的 , 任何人的时间流逝速度都是一样的 。
同时 , 任何速度都是可以叠加的 , 任何事物的运动速度都是相对的 , 即都需要参照物 , 比如说 , 我们通常所说的速度都是默认地球为参照物 。
当时的爱因斯坦只是工作没几年的专利局普通职员 , 但他痴迷于如此优美的麦克斯韦方程组 。
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该方程组表明 , 光在真空中的速度是恒定的 , 只与真空的磁导率和介电常数有关 , 没有所谓的参照系 。
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这显然与牛顿的绝对时空观矛盾 , 绝对时空观强调速度是可以叠加的 。
举个例子 , 你我以每秒5米的速度反向奔跑 , 我们之间的相对速度就是10米每秒 。
但麦克斯韦方程组表明 , 光速不需要叠加 , 或者说光速与任何其他速度叠加之后仍旧是光速 。
怎么办?
一个是统治整个物理学界几百年的牛顿绝对时空观 , 一个是最优美的麦克斯韦方程组 , 两者物理学家们都不想得罪 。
物理学家们想尽了各种办法协调两者 , 但最终都没能被物理学界接受 。
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最后爱因斯坦那具有颠覆性思维的大脑提出了光速不变原理 。
爱因斯坦认为:既然光速不需要参照系 , 就意味着光速在任何参照系或者任何运动形式下都保持不变 。
再加上相对性原理(在惯性参照系下 , 物理定律等价) , 在两个原理的前提下 , 狭义相对论呼之欲出 。
可以看出 , 爱因斯坦提出相对论的过程与实验没有任何关系 , 完全就是数学和思想的结果 。
当然与迈克尔逊莫雷实验也没有任何关系了 , 这个实验只是想利用光速试图证明光速的存在 , 狭义相对论只是顺便解释了这个实验而已 。
而且当时的爱因斯坦仅仅是一名普通职员 , 根本没有机会接触到相关实验的论文 。
当然 , 也正是因为狭义相对论的提出没有经过任何实验论证 , 在近十年的时间里 , 并没有被物理学界所接受 , 物理学大佬们压根就不相信爱因斯坦的狭义相对论 。
这也是可以理解的:谁会轻易相信一个没有得到实验论证的理论呢?
有了狭义相对论 , 广义相对论的提出就相对简单多了 。狭义相对论一个重要前提是惯性参照系 , 而广义相对论把惯性参照系扩展到了所有参照系 。
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