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这是一篇能看得懂的相对论

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-08-04
核心提示:46亿年前我们美丽的家园—地球诞生了。这里有有海洋和陆地;有山川和湖泊;有形形色色的动物动物和植物
   百亿年前的大爆炸创造了这个无边无际的宇宙。
 
  46亿年前我们美丽的家园—地球诞生了。这里有有海洋和陆地;有山川和湖泊;有形形色色的动物动物和植物。
 
  十亿年前,两个黑洞撞击产生的能量涟漪在2015年传到地球。
 
  一百年前,爱因斯坦发表的广义相对论在人类的思想产生的涟漪,依然在我们的心中。
 
  在那个世纪之交的1900年,英国皇家研究所,开尔文勋爵向世界宣告“在我眼里,我们已经了无比优美而又简洁明晰的关于运动和力的理论……但我们却看到,经典物理学这片蓝天上有两朵乌云让我们感到不安……”不到三十年的光景,这两片乌云分别孕育出了相对论和量子力学。
 
  令人震撼的是,经过一百年,几代科学家的实验论证,大自然真的是在按照那些看似反常识、反直觉的结论分毫不差的运行着。本连载—相对论史话,请和我一起来重新思考一下以下的问题:
 
  什么是时间?
 
  什么是空间?
 
  什么是光?
 
  什么是力?
 
  什么是速度?
 
  什么是科学?
 
  相对论是二十世纪物理学界最伟大的理论之一,它极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,其中诸多结论即便是在今天也很难让人理解--“同时的相对性”、“四维时空”、“时空弯曲”“等效性原理”等,所以使人们对其产生了很多误解,甚至有人曲解其中的理论来做一些不好的事。大部分人认为相对论不过是一个不能实用的物理理论,是躺在纸面上的文字而已。
 
  事实上没有相对论的“尺缩公式”和“时间公式”,我们是无法使用GPS来帮助我们去一个陌生的地方的。在分析仪器领域,电子显微镜和医学成像设备也需要通过修正“相对论效应”来获得高分辨率的成像。当然,相对论的应用还可举出很多的例子,这里就不做过多的赘述。
 
  为什么我要从相对论开始?
 
  近代物理学的发展史中从不缺乏精彩的故事,伽利略和牛顿对亚里士多德的挑战、光的“波派”和“粒派”之争、开尔文勋爵口中的“两朵乌云”、爱因斯坦与玻尔之间在思想实验的上的较量……这段时间可谓是百家争鸣、群星璀璨。相对论的发展史是我们认识近代科学发展史的一把钥匙,在叙述它的时候,几乎涵盖了近代物理学的重要发现和事件。而量子力学的发展过程,也是与相对论交织在一起的。
 
  本连载将从伽利略开始,经牛顿到爱因斯坦及其后,来向大家讲述相对论到底说了些什么,也可以说是近代物理学、科学的发展简史。
 
  下面先来介绍一下相对论的几个重要结论:
 
  狭义相对论:
 
  两个基本原理原理:光速不变、物理规律不变
 
  四个重要结论:
 
  1.同时性的相对性:没有绝对的同时。
 
  2.尺缩效应:运动的物体在运动方向上的尺寸会比静止时短。
 
  3.时间膨胀:运动的坐标系相对于静止的坐标系时间会变慢。
 
  这貌似找到了减肥和永葆青春的方法了。但是一个可怕的结论马上就会给你泼一盆冷水。
 
  4.质能理论:运动的物体的质量会比静止时要大。从这里推出了着名的方程E=MC2(人们对这个公式的误解及其大,日后我会详细介绍。)
 
  这貌似解释了为什么很多人越跑步越胖的这个不解之谜。
 
  简而言之,狭义相对论是一种新的“时空观”—物体的运动速度会影响其质量、空间和时间。
 
  索尔维会议
 
  广义相对论:
 
  广义相对论委婉的说是重新诠释了“引力”是咋回事。耿直的表达就是,广义相对论证明了牛顿他老人家的“引力”是不存在的。
 
  几个重要结论:
 
  1.等效性原理
 
  2.时空弯曲
 
  3.引力波
 
  今天呢,算是一个引子大概介绍了一下文章的一个大概的内容。然后,简单的整理了一下相对论的几个重要结论,如果有不全的、不对的希望老师的们在留言中指正。
 
  关于相对论或许跟老师们的生活和工作没有任何实际的意义,苹果掉在地上,是被解释为“万有引力”,或者“时空弯曲”,对我们来说有差别吗?
 
  或许,因为有趣。
 
  或许,因为下一代。
 
  或许,只是想扩充一下知识。
 
  最后引用爱因斯坦的一句话作为结束:The eternal mystery of the world is its comprehensibility.(这个世界最不可理解之处,是它竟然是可以理解的。)
 
 
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