为什么有个相对论?_搜狐科技

原航向:为什么有个相对论?

引 子

英国地理学家爱丁顿兴旺的晚期是第人家通行证注意日食宣布相对论的人,异样左右个别的几个的相对论专家通行证。有一次,当人道议论起“球状上仅有三个半人担心相对论”时,他卑鄙地了头。,安宁人对他说。:本人都变卖你必然是在监狱里通行证。,你注意不这么谦逊。。爱丁顿抬起头来否认。:“对不住,我不谦逊。,我以为变卖另一半是谁。

这是人家轶事。,足以阐明相对论是健康状况如何的晦涩的艰深晦涩。连当初最尖端的身体的成分家都岂敢说本人弄懂了相对论,更不用说俗人了。。

要包含相对论,本人必须做的事率先包含它的起点和起点。。相对论责任平白来的,它是身体的成分中否认的树或花草结果。,这异样前辈课题成果的结晶。。

100年前的身体的球状的。,牛顿建议的古典文学的身体的成分如同早已完毕了。,绕过突破显露了身体的成分视角的远程遮蔽危险,对古典文学的身体的成分的心情很大,注意像是一座瑰丽的的构造。。1900年,英国著名身体的成分家欧凯文先生在二十世纪的回购案中颁布颁发。:身体的公馆早已结束了。,剩的只不过已确定的修正。。但他吵闹说。:在阴沉的身体的成分极乐中。,有两颗参加不安的乌云。。这两个乌云是两个试验无法解说的。:黑体辐射试验与Michelson ether试验。很快,两朵小云收回成两倍大风暴。,全体数量身体的成分界可谓是“山雨欲来风满楼,黑云压城城欲摧”。

随后,身体的成分的强无力的反动始于二十世纪。。欧凯文先生只因为使萧条了嗓门。,那是在1900。,为包含释黑体辐射试验,德国身体的成分家扑通声创建量子视角,开启了身体的成分反动的面红写作。

身体的成分反动的另人家面红写作是由人家小S写的。,他是爱因斯坦。,人类在历史中最深刻的蓄意的者,人家纯真孤立的天赋。

乙醚在哪里?

人道变卖,水波必须做的事通行证水散布。,声波的散布必须做的事以空气为血管中层。,无培养基他们就不克不及散布。。阳光通行证没人住的散布到球状。,这些星系由几一百万光年远处的星系收回的光。,它也通行证高空游览到球状。。光波为什么能在没人住的中散布?它的散布血管中层是什么?身体的成分家给光找了个散布血管中层——“以太”。

以太一词来源于古希腊。,指的是青天或下层气。。17世纪,法国=mathematics家、哲学家笛卡尔率先将乙醚引入学问。,笛卡尔,实质当中间的所无力都必须做的事通行证通行证血管中层印。,照着,附件不克不及空。,它与众不平等的的的多了以太血管中层。。荷兰麻布身体的成分家、地理学家惠更斯开展了以太视角。,以为以太是光波的中等的。,鉴于光可以在没人住的中散布。,照着,以太葡萄汁纬纱包孕VAUU在内的接受附件。,并能浸透到普通彻底地人选中。。

19世纪,法拉第后来的、麦、赫兹以及安宁人的励。,电磁学过于华丽的开展。,人家老年而充分地的电磁学视角早已体现。。英国试验身体的成分家法拉第宣布了这一气象。,发觉了电磁学场的涉及运动的。。接下,英国身体的成分家麦创建了电磁学铁的十分反应式。,这时同等标示,电场和磁场彼此的激起体现人家康蒂。,电磁学波在没人住的中间的散布枯萎:枯萎是常数。。不可更改的,德国身体的成分家赫兹通行证了肥沃的的试验。,率先,看见电磁学波。,宣布了电磁学波的在。,况且,电磁学波的数量庞大的数量庞大的属性与L相仿性。,较远的的课题发觉,单独地在必然频率范围内的电磁学波。。

为了,从未被发觉的秘诀醚。,它不仅是光波的支持者。,现时它异样电磁学波的支持者。。它是人家相对定态的涉及零碎。,接受的夸示都是相对于它终止的。。

只因为,为了人家要紧的醚怎么会消失音?直到十九分之一的世纪末,人道从未在试验中发觉乙醚。,在学问家先于寻觅怪想是最压制的事实。。设想醚在,球状以30千米/秒的枯萎:枯萎环绕太阳运转。,就像一辆极迅速列车相对于苏尔的涉及运动的产吹风平均。,将必然性地遭受30千米/秒的风面对面。,这种风也必然会阻止光的散布。,这种阻止会发作心情。,葡萄汁用光学机构守候。。为了守候风能够的选择在。,1887年,美国身体的成分家迈克尔逊与美国化学的、身体的成分家间谍利同事,人家著名的试验在克利夫兰终止。:“迈克耳逊-莫雷试验”,以太漂移试验。只因为试验的树或花草结果使各位都尝冰凉。:光的散布无心情。,在球状同想象的以太当中无相对涉及运动的!

Michelson Morley试验使学问家堕入两难限制。,他们能够不得不保持以太视角。;或许本人必须做的事置信球状是静力的的。,为了,本人就不能胜任的与定态醚有相对涉及运动的。,但这显然是荒唐的。。。古典文学的身体的在这时著名试验前,这真的是不能够的。。

谁来传送杂乱?

在那本世纪初,在乙醚试验中间的彻底遗失,身体的球状的乱成一团。,已确定的身体的成分家目前的了杂多的解说。,在监狱里最著名的执意爱尔兰身体的成分家洛伦兹和荷兰麻布身体的成分家菲兹杰若目前的的“实质退缩万一”,他们以为,究竟哪一个实质相对于以太涉及运动的都能够鉴于T的紧缩而延年益寿。,这种延年益寿功能装支管了风的心情。,只因为鉴于实质换挡时,测实质胶料的直尺同时存在的地退缩机灵。,因而本人不克不及测退缩效应。。他们也宣布了,风也可以迟钝的实质的涉及运动的工夫和工夫。。同时,鉴于胶料退缩和工夫迟钝的的心情,还唤起或开发出尾声,光的枯萎:枯萎与枯萎:枯萎无干。,它是人家常数。。

这时万一在花样上早已与狭义相对论与众不平等的的的着手处理了,只因为涉及运动的的展出被延年益寿了。,它必然会沿着这时展出增进其密度。,但试验无发觉这种密度增进气象。,照着,劳伦兹的视角并无从十分上处理这时成绩。。

真正拾掇世局的人还在高中。,设想在16岁。,他早已在蓄意的提姆最上进的身体的成绩了。。这时人是爱因斯坦。。他一向在擦光着醚的神秘的。,他跑路的方法和安宁人不平等的的。。

16岁的爱因斯坦在瑞士的阿罗特州立中等学校念书。,他不知不觉地地想起了人家佯谬。:设想本人依照光的波速,他会领会什么?一种在附件中不活泼的电磁学波。,或许它依然是人家换挡的光?

鉴于麦视角,电磁学波在没人住的中间的散布枯萎:枯萎,这执意光的枯萎:枯萎。,这是持续的。,他葡萄汁领会的是光线仍在以波速换挡。;只依照牛顿力学的枯萎:枯萎分解定理,不平等的的的迟钝零碎具有不平等的的的波速。,他葡萄汁领会不活泼的电磁学波。。

让本人给你另人家简略的判例。。拿 … 来说,有两辆汽车。,小汽车驶近你。,一辆赢得。你领会不可更改的小汽车的精力充沛的人向你驶来。,下小汽车的灯远端的。。鉴于麦的视角,这两种光的枯萎:枯萎是平等的的的。,汽车的枯萎:枯萎不起功能。。但鉴于枯萎:枯萎分解定理,这两个同上的测树或花草涌现不平等的的的。。汽车收回的光会加快进展。,也执意说,灵活的的枯萎:枯萎=波速 枯萎:枯萎。;而远离传播媒介的行驶枯萎:枯萎较慢。,鉴于后车的枯萎:枯萎=波速。。

麦的视角显然与枯萎:枯萎分解定理相反。,为什么在力学中已被普遍宣布的相对性秩序井然在电磁学方程中却无法抵达?是相对性秩序井然有成绩蒸馏器电磁学方程有成绩?这使爱因斯坦尝特别讶异,他周密思索了充分10年。。

实践上,安宁学问家也思索过这时成绩。,但我岂敢思考。,全体数量身体的田对这时成绩都无深刻蓄意的。,体积身体的成分家只不过进攻改进这一否认。,仅仅法国著名学问家庞加莱(又译“庞加莱”)尖利地地觉察到了喂深藏若虚着身体的成分的危险,但他无找到处理办法。。

爱因斯坦深信电磁学视角是完整特赞的。,只因为本人怎样才能处理波速的佯谬呢?

爱因斯坦像读哲学著作。,从哲学中吸取强健平淡而无味的文字。。19世纪末,德国哲学家machinery 机器在他的开展力学中,批牛顿的相对时间观。,在他看来,球状的上接受的事物都是彼此的接触、彼此的依存的。,涉及运动的、工夫和附件是相对的。。本人不克不及转变事实来议论工夫。,本人偶然说有点随工夫而换衣。,实践上,这宣讲大约事物会发作换衣。;异样,议论实质在相对附件中间的涉及运动的异样误会的。,实质的涉及运动的与相对附件无干。,它与安宁实质涉及。。

machinery 机器的视角给爱因斯坦隐瞒了深刻的影象。。1905年5月的有一天,爱因斯坦和他的资助者贝索尔议论了光的枯萎:枯萎。,贝索尔从machinery 机器主义的角度论述了他的视角。,这两个人的议论了很长工夫。。忽然地,爱因斯坦尖利地的了什么?,回家,一遍又一遍的蓄意的,第二的天,他又回到了巴索家。,说:“谢谢你,我的成绩早已处理了。。左右爱因斯坦想变卖已确定的事实。:无明白的工夫。,工夫与光发出信号的枯萎:枯萎是分不开的。,他找到了锁的钥匙。。

随后,通行证5个星期的坚苦任务,一篇参加震惊的论文暴露了。。本文的航向无究竟哪一个容貌——论电气力学,作风也简略朴实。,无参加使惊奇与迷惑的=mathematics工力。,只,本文所论述的十分完整使垮台了附件。,身体的成分的反动开端了。!

时间不相对——狭义相对论

1905年6月30日,德国身体的成分笔记记叙了这篇论文。,颁发在菊月SA的同可观的一卷纸币的第十七卷中。在这时在历史中,爱因斯坦目前的了两条简练的的十分。:

一、波速固定秩序井然

没人住的中间的波速是坚定的,不克不及超过。,它孤独于光源它自己的枯萎:枯萎。。即是,站在底部上的人,20米/秒的车上收回的光和设想以波速航空的火箭发射机(自然是不能够的)上收回的光的枯萎:枯萎是平均的,它们是30万千米/秒。。

优于,麦的电磁学方程宣布了VAC中间的波速。,和开枪体的涉及运动的地位无干。而屡次实践的测也校对了波速在究竟哪一个涉及运动的地位下的固定性。

二、相对性秩序井然

这一秩序井然是人Newtonian力学的相对性秩序井然。,这是伽利略概要的目前的的。。本人对这时意义很熟识。,也执意说,涉及运动的中间的接受事物都是相对的。,两个相对涉及运动的的实质必要增进到彼此的枯萎:枯萎。,两个彼此的换挡的实质必要彼此的减去。。

伽利略论述了相对论秩序井然。,但他无举办明白的时间界限。;牛顿继任了相对论。,但它只遵从的彻底地人选的涉及运动的。,同时使生根了相对附件和相对工夫;由于machinery 机器视角的爱因斯坦,极大地增加了相对性秩序井然的思惟。,人道以为附件和工夫是相对的。,尾随事物的涉及运动的而换衣。,无相对的附件和工夫。。

这两个十分是联合收割机紧随其后的。,涌现了人家新的时间涉及运动的。,光的枯萎:枯萎佯谬,让数量庞大的数量庞大的人困惑了身体的球状的。。左右,附件、工夫与实质的涉及运动的紧密互相牵连。,它们当中间的相干常常在静态换衣时的枯萎:枯萎。,工夫延年益寿(迟钝的)、紧缩附件。当实质换挡到波速时,工夫终止,附件事实上被压成条款线。,枯萎:枯萎抵达限制(工夫和附件抵达限制),发生坚定地位,不比波速快。。

在实践试验中,学问家早已宣布,怨恨怎样本人走得多快,波速常常C。。那是鉴于本人走得越快。,本人的钟走得慢了。,本人的直尺也减少了。,照着,当本人测光的枯萎:枯萎时,本人常常吸引平等的的的树或花草结果。。万一注意者B带上人家标尺和人家钟。,这时标尺指示方向他的涉及运动的展出。。当他通行证守候者时,A.,在A看来,他的支配者不到一码长。,他的钟慢了。。B的枯萎:枯萎快于A,意见分歧越大。。设想B以波速通行证A,树或花草涌现危言耸听的的。,此刻,B的胶料全部含义0。,他的钟不走了。。也执意说,光的枯萎:枯萎是枯萎:枯萎的限制。。

现时,那爱因斯坦蓄意的了10年之久的佯谬被处理了:设想他以波速尾随光线,它依然是以30万千米/秒的枯萎:枯萎行进的光。。更较远的,我以为说,设想他以光的枯萎:枯萎向相反的展出换挡,他领会的枯萎:枯萎是60万千米/秒吗?,它依然是以30万千米/秒的枯萎:枯萎行进的光。,鉴于在这时枯萎:枯萎,工夫终止了。,紧缩附件到一望无际的趋近于零,设想本人走得更远,工夫和附件将相称冷漠的。,这显然是荒唐的。。

附件、工夫和枯萎:枯萎事实上是与众不平等的的的简略清楚的静态相干,只因为鉴于本人都生动的在人家低涉及运动的的球状的里。,枯萎:枯萎对工夫和附件心情很少地。,因而本人十分无法觉察。,仅仅当本人换挡到以内零度光的枯萎:枯萎时,本人才会有尖利地的觉得。。

相对论一经问世,恼人的的以太成绩同时处理了。。

当初很多人早已想起迈克耳逊-莫雷试验树或花草结果宣讲底部收回的波速一直是坚定的,鉴于球状的涉及运动的,它不能胜任的导致小的弯弯曲曲地走路。。只因为球状显然与以太相反(相对静力的附件),为什么光的枯萎:枯萎常常不受心情?

谜底现时被狭义相对论揭开,在这时宇宙中无相对的定态附件。,无相对的定态工夫。,因而无特别的相对定态观点。!爱因斯坦明白表现:乙醚的引入罢工必需的的。,鉴于喂目前的的涉及运动的非必需的相对的定态SP。。”

不可更改的,强制指示,狭义相对论并责任彻底颠复了牛顿力学,它发挥了它。。当实质的枯萎:枯萎远以内波速时。,相对论处方一览表就促进为牛顿力学处方一览表。

观点平等的——广义相对论

爱因斯坦发觉狭义相对论后,两个成绩一向使人痴迷的人着他。:第人家成绩是庄重成绩。。牛顿视角,两个实质当中间的吸引力彼此的功能是正考虑的印的。,也执意说,一望无际的信息。,这与狭义相对论的限制波速秩序井然相冲;第二的个成绩罢工迟钝系成绩。。狭义相对论和先前的身体的成分秩序井然平均,都只适合于作匀速涉及运动的或静力的的迟钝系,它不遵从的旋转或变速涉及运动的。,照着狭义相对论平静拘囿。

本人变卖,阐明实质的涉及运动的。,必须做的事选择另人家情郎作为涉及。,该情郎用作解说OTH的换挡和方位的涉及。,通常称为援用情郎。,也称为观点。。设想涉及帧发生匀速涉及运动的或恒速静力的地位,这时观点是迟钝零碎。;设想涉及帧是旋转或转变枯萎:枯萎(加枯萎:枯萎或DELELE),这时观点罢工迟钝系。。设想你坐的是一模平均的直列修整,,拉紧失明的,你不愿驱动。,你坐得很稳。,把球放在楼层上。,它还在那里。,也执意说,每件东西都发生不活泼地位。,这时修整这时观点是迟钝零碎。。只因为修整忽然地停了下。,你落下了。,球滚提前地。,观点就从迟钝系适宜非迟钝系了。

在真正球状的中,匀速涉及运动的只不过一种特别处境。,非无变化涉及运动的到处存在。,汽车忽然地发射起来了。、实质从增加加快进展,这样的等等。,本人通常运用底部作为迟钝零碎。,但这只不过人家近似值。,鉴于球状有旋转和旋转。,朴质地说,底部是人家非迟钝零碎的旋转属性。。逻辑上讲,接受自然秩序井然不应拘囿于迟钝零碎。,必须做的事思索非迟钝系。。这么,相对性秩序井然应再次使一般化到非迟钝系。1907年,爱因斯坦在写一篇绍介狭义相对论的文字时,他忽然地想起了人家活着的最福气的构想。:对等物秩序井然。

设想人家人释放地从屋顶上瀑布,扔掉一件石头诸这样的类。,这些降下的实质会与他相互支持降下。。设想他只看着他没有人的石头,他固定卖他和石头是释放地降下蒸馏器悬浮。。这宣讲,在他的邻国,吸引力是不能够守候到的。,他觉得不到吸重力场的在。。更确切地说,释放落体的小观点相当于迟钝涉及值。。

或许,设想你在升降机里丢了一串钥匙,,鉴于庄重的功能,钥匙会落在升降机的楼层上。;当时的你再到旅行高空的航天器里丢下钥匙,无庄重功能。,钥匙悬浮在附件。,只因为忽然地航天器加快进展了。,钥匙依然落在航天器的楼层上。。显然,它与吸引力和交流导致的迟钝力无什么分别。,这执意说,庄重场涉及系与加枯萎:枯萎涉及系。

到这地步,爱因斯坦唤起或开发出了尾声。,究竟哪一个观点是相当的。,怨恨它多定态。,蒸馏器熬炼?,在吸重力场中异样这样的。,究竟哪一个观点都不能胜任的转变你对球状的的透视的和你的表达方法。。这执意著名的对等物秩序井然。。

对等物秩序井然标示,鉴于非迟钝系中间的迟钝力可以被尊敬吸引力I。,通行证已确定的彻底地的交换花样,相对性秩序井然在非迟钝系中也异样可以一套外衣。相对论秩序井然从人家限定的迟钝零碎增加到接受的涉及系。,适宜了广义相对论。这样的一来,狭义相对论被增加成广义相对论。

自然,广义相对论=mathematics方程的完整发觉,瞄准是1916年3月。,广义相对论消费了爱因斯坦寿命中最黄金的10年岁月。

附件相称弯弯曲曲地走路。

广义相对论为本人处理了光线能够的选择受吸引力心情这一远程难以回复的成绩。设想本人给追溯的升降机送一根横梁,当光线锥横过升降机室时,升降机向上换挡。,因而梁会弯弯曲曲地走路到升降机楼层上。。鉴于对等物秩序井然,吸重力场也会弯弯曲曲地走路光。。

身体的成分有人家十分秩序井然。,这是光在两点当中破费最少工夫的大大地。。只,设想光以最少的工夫散布,光线在庄重的功能下弯弯曲曲地走路。,当时的两点当中间的最短距离是条款使成弧形。。爱因斯坦对这时结果尝震惊。:设想能守候到光通行证使成弧形散布,这宣讲附件它自己是弯弯曲曲地走路的。!

连爱因斯坦两个都不置信本人。,他得追求=mathematics扶助。,具体地说,这是几何形状著作扶助。。在庄重场区域,弯弯曲曲地走路附件的属性不再听从惯例欧几里德几何形状著作,并依照非欧几里德几何形状著作。。拿 … 来说,德国=mathematics家的曼发觉的黎曼几何形状著作学。,它周转了弯弯曲曲地走路附件的属性。。爱因斯坦终极选择了黎曼的严厉非欧几何形状著作作为广义相对论的时间起形成作用的人。他以为,真实的彻底地人选附件责任人家直的欧几里得附件。,这是人家弯弯曲曲地走路的黎曼附件。。弯弯曲曲地走路的依等级排列静止SPA中彻底地人选的几何形状著作散布。。彻底地人选密度大的产地,吸重力场也很强。,附件弯弯曲曲地走路得很机警。。

鉴于对等物秩序井然,鉴于迅速涉及运动的实质加速工夫。,强吸重力场也生产缓慢了工夫。。底部上的工夫比极乐中间的工夫慢。,只因为球状上的工夫枯萎:枯萎太小了。,极难检测。只因为黑洞等强吸重力场的时滞效应是,设想你能勇敢面对抵达黑洞的陆空界线,因而陆空界线上的工夫就像波速中间的工夫。,终止了。

很显然,广义相对论所显露的彻底地人选同时间的相干,比起狭义相对论来更为深刻,鉴于工夫和附件的属性何止静止垫子的涉及运动的。,更要紧的是,它静止彻底地人选它自己的散布。,这完整反面了牛顿相对工夫和附件的涉及运动的。。对广义相对论来说,万有吸引力法不再是力法。,它是工夫和附件的几何形状著作构造。,照着,广义相对论事实上是把几何形状著作学与身体的成分一致起来了,吸重力场由SPAT的几何形状著作属性来表现。。在为了的附件几何形状著作中,庄重的枯萎:枯萎和光的枯萎:枯萎是平均的。。

1919年5月29日,横跨大西洋的日全食。英国天体身体的成分家爱丁顿一套地理注意使成群,调查巴西北部和非洲的西海岸守候岛,树或花草结果宣布,星光通行证太阳的吸重力场发作细微的弯弯曲曲地走路。。这一发觉震惊了学问界。,广义相对论顷刻间闻名于世。

与狭义相对论责任颠复牛顿三大涉及运动的法平均,广义相对论也责任颠复了牛顿吸引力法,仅仅当团实质体现强吸重力场时。,才必要思索相对论效应。

相对论的发觉收集了前辈数不胜数的苦功,麦电磁学方程的发觉、发觉乙醚的作废、machinery 机器的时间相对论思惟、洛伦兹交换方程、黎曼曲面几何形状著作学……接受这每件东西,穿透某物爱因斯坦好的判断力的聪明的人,变出了人家美轮美奂的相对论。

相对论的十分说理事实上与众不平等的的的简略,它正发挥相对性秩序井然。。在狭义相对论中,相对性秩序井然被增加到工夫和附件。;在广义相对论中,相对论被使一般化到迟钝零碎和非迟钝系。。最深刻的视角实践上是最简练的的视角。。

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