愛因斯坦的相對論與日常生活有聯繫嗎

2022-01-02 宇宙解碼


        愛因斯坦發現的相對論,的的確確是一個偉大的理論,這是上個世紀人類對這個宇宙秘密最深刻的一次發現,這個理論可以解答你心中無數的疑惑。你可能還是在感到茫然地看著我:「我聽說過相對論,可是它跟我們的日常生活有關係嗎?」
        當然是有關係的,比如,GPS導航系統現在已經是一個滿大街都可以看到的常用小電器了,我估計很多讀者都有一個車載的,或者手機裡面就有一個。我告訴你,如果沒有相對論,那麼這玩意可就會出大問題。因為根據相對論,衛星上面的時鐘會比地面上的時鐘走得快,每天大約快38微秒(0.000038秒),這個時鐘的快慢並不是因為計時器精度不夠造成的,而是因為真正的時間本身變慢了。你設想一下,如果人類沒有掌握相對論的知識,那麼就不會知道發到天上的衛星哪怕用再精確的計時工具計時,也不可能消除這個誤差。你千萬不要小看這似乎微不足道的38微秒,如果不校正的話,那麼GPS導航系統每天積累的誤差將超過10公裡(當然這個誤差是垂直方向上的,不是水平方向上的),如果美軍用這個來導航飛彈的話,那麻煩可就大了。因此在GPS衛星發射前,要先把其時鐘的走動頻率調慢100億分之4.465,把10.23兆赫調為10.22999999543兆赫,這些數字全靠有了相對論才能那麼精確地計算出來。


        神奇!你大概會驚呼一聲,相對論原來就是這個啊。哦不,這並不代表相對論,衛星上的時間變快只不過是相對論無數推論中的一個,我們通過相對論可以精確地計算出衛星上的時鐘和地面上的時鐘的誤差到底是多少。相對論還有很多很多的推論,小到推測水星的運行軌道、在發生日全食時星星的位置,大到可以推演太陽的過去與未來、甚至宇宙的過去與未來。神奇!你再次驚呼一聲,不過你越說越玄乎了,我還是有點不信,你先別說得那麼遠,你前面說啥來著?時間本身變慢了?這個太讓我難以理解了。在我眼裡時間本身是均勻流逝的,我們感受的所謂快慢無非是我們自己的感覺在變化,即便是你的表和我的表走時不準那也不是時間本身不準,而是我們的手錶精度不夠造成的。中午12點整開飯對任何人來說都是12點整開飯,這是一個客觀事實擺在那裡,不會因為我們用的是一塊真的勞力士還是一塊山寨勞力士而改變。坦誠地說,我非常理解你的這種想法,並且,我還要恭喜你,你的這個思想和偉大的牛頓是一模一樣的。但非常遺憾,這個想法錯了,真的錯了。

        相對論是研究時間、空間、運動這三者關係的理論體系的總稱,它是這100多年來人類最偉大的兩個理論之一(還有一個是量子理論,那又將是一個長長的激動人心的故事,推薦閱讀《上帝擲骰子嗎?量子物理史話》,作者曹天元),諾貝爾物理學獎是不足以來評價相對論的偉大的。如果上帝真的存在的話,上帝過去總是說:「人類一思考,上帝就發笑。」相對論之後,上帝改口了:「人類一思考,上帝就發慌。」


        我們對相對論的誤解實在是太多了。大多數人都覺得相對論很神秘、很深奧,是大科學家才能理解的東西。這種誤解來源於一個廣為流傳的關於相對論有多難懂的故事,說的是一個記者問天文學家愛丁頓:「聽說全世界總共只有三個人能懂愛因斯坦的相對論,您是其中之一,是不是這樣?」愛丁頓一時沉默了,正當記者以為愛丁頓要反駁的時候,沒想到愛丁頓說:「我正在想另外兩個人是誰。」我估計當時這個記者就震驚了。不管這個故事是真是假,總之給我們的一個印象就是相對論很難懂。但是大家千萬不要忘了,這個故事發生在100多年前的1906年,那時候相對論剛剛被愛因斯坦用嚴謹的數學語言描述出來,對那個時代的人來說確實是很難理解的。不要說相對論了,你想像一下如果你回到乾隆年間,對大知識分子紀曉嵐說隨便找一個三角形的東西,把三隻角割下來拼在一起,不多不少,總是恰好能拼出直直的一條邊。

(把三角形的石桌的三個角割下來拼在一起,必定可以得到一條直邊)

        鐵齒銅牙的紀曉嵐一開始肯定不信你,真的去找了一些三角形的物件來,一驗證,發現完全正確,即便是我們的大知識分子,紀曉嵐也會表示很神奇。但要是在現代,隨便找一個初中生就能給你證明三角形的內角和是180度,他會告訴你這是一個很簡單的幾何常識。

        同樣,相對論的一些基本原理和概念對我們現代人來說,也一點都不高深,不神秘,很好懂,關鍵在於你是不是願意聽我娓娓道來。

關於相對論的謠言粉碎機
  
  一、某些偽哲學家最喜歡說的一句話就是「偉大的愛因斯坦發現了這個世界的奧秘:世間萬物都是相對的,沒有什麼是絕對的」。
  
  胡說八道!尤其是每當我跟某些人說「這是不會變的」的時候,對方告訴我愛因斯坦的相對論禁止這種想法。我忍不住就大喊一聲:「胡說八道,誰告你愛因斯坦說過這句話,別給愛因斯坦抹黑!」事實上,愛因斯坦在晚年一直很不喜歡別人把他的理論叫做「相對論」,他自己覺得他的這個理論應該叫做「不變論」,因為他的理論中最重要的部分是那些數學方程式中的不變量。愛因斯坦深以為自豪的是他發現了宇宙中一些永恆不變的常量,更何況整個相對論都是從「在真空中光的傳播速度恆定不變」這一實驗基礎上發展而來的。如果當年相對論真的如愛因斯坦所希望的那樣叫做了「不變論」,我很想知道偽哲學家們是否又要說:「偉大的愛因斯坦發現了這個世界的奧秘:不管世界怎麼變化,永恆的永遠就是永恆的。」

        有很多人認為相對論是用來造核武器的理論,愛因斯坦正是現在人類面臨的核危機的罪魁禍首。這次日本大地震導致的福島核電站的洩漏又一次帶來了很多這樣的謠言「要不是愛因斯坦,要不是相對論,何至於此」。

  我只能表示無語。事實是關於核武器,愛因斯坦唯一做過的一件事情是在一封很多科學家寫給美國總統羅斯福的信上簽了字,這封信主要講的是希特勒有可能正在研製一種威力巨大的「新型炸彈」,如果被希特勒研製出來,很有可能改變二戰的進程,美國也應該組織力量進行研製,以阻止可怕的災難性後果。而相對論只不過是對這種新型炸彈為什麼會有如此大威力的一種理論解釋,即便沒有相對論,這種炸彈也一樣能造出來,只不過人類不知道為什麼威力如此巨大而已。這就好像我放了一個屁,把自己臭死了,但我百思不得其解為什麼這麼臭,直到有一天化學家和生物學家通過研究發現了臭屁的原理,但是沒有理論仍然不能阻止我放出臭死自己的這個屁。正如有著「活著的愛因斯坦」之稱的霍金指出的那樣:把原子彈歸咎於愛因斯坦的相對論就如同把飛機失事的責任歸咎於牛頓的萬有引力定律類似(參見霍金《果殼中的宇宙》)。

來自《時間的形狀》

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  • 民科為啥總和愛因斯坦的相對論過不去?
    20世紀80年代初期,湖北某縣某局讓職工填寫履歷表,其中有「學歷」一欄。當時恢復高考沒有幾年,大學生還是鳳毛麟角。中專生也是香餑餑。總之,有較高學歷的人不多。該局有一位門衛,平日自詡甚高,以鑽研「永動機」為樂,該君填寫履歷表時,感覺自己學歷不夠,貿然填上豈不是讓部門領導「輕視」?於是,他靈機一動,想到自己是不亞於愛因斯坦的「科學家」,又蟄伏於民間,不就是民間科學家嗎?簡稱「民科」。
  • 愛因斯坦的相對論,大多數人都會有這樣的誤解,你也有嗎?
    大多數人都理解反了愛因斯坦相對論的邏輯。不幸的是,這個邏輯的反轉正是愛因斯坦的獨創性的立足點,也是因為這個,他果斷地與洛倫茲,龐加萊,菲茨傑拉德,海維希德和其他在他之前便擁有部分理論成果的人斷絕關係。錯誤地理解相對論的邏輯還導致人們擔心相對論中沒有明確解釋時鐘是如何變慢的,或是為何米尺會縮短。
  • 相對論與我們的生活息息相關嗎,這個理論是如何「改變」世界的?
    愛因斯坦提出相對論至今已有100多年的歷史。它經受住了實踐和歷史的考驗,是人們普遍認可的真理。相對論對人類思想的發展、科學技術的變革和我們的生活都產生了巨大的影響。
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    從有人類這種東西開始,我們最大的問題就是:為什麼有我們?為什麼有這個世界?為什麼月球不離開地球,地球也不離開太陽?基督教說,上帝規定月球與地球必須呆在一起。牛頓說,是因為萬有引力。愛因斯坦說,那是因為空間彎曲。 牛頓說引力是聯繫宇宙萬物的紐帶,引力將太陽和地球吊在空間中,並且自轉加公轉。
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    愛因斯坦於1905年提出狹義相對論,1915年提出廣義相對論, 1916年即出版面向大眾的《狹義與廣義相對論淺說》,力圖讓更多人了解相對論。「早在1922年,愛因斯坦的這本科普書就被譯成中文了。」哈諾赫說。最早翻譯這本小冊子的是愛因斯坦的中國學生、北大教授夏元瑮。譯文先於1921年4月發表在《改造》雜誌上,1922年以《相對論淺釋》為題由商務印書館出版。
  • 愛因斯坦相對論PK北鬥衛星,結果是相對論被五五開了
    ——愛因斯坦和相對論被利益團隊拔高誇大,變成「雙雙偉大」回顧歷史,可以說,愛因斯坦1905年建立狹義相對論,1913年建立廣義相對論之後,在很長時間裡,相對論一直沒有實驗支持。在此過程中,愛因斯坦一直是略有知名度的普通物理學工作者。
  • 愛因斯坦背後鮮為人知的女人與相對論的糾葛
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  • 怎樣理解愛因斯坦相對論所說的時光可以倒流?
    愛因斯坦的相對論可從來沒有說過時光是可以倒流的,狹義相對論的確是告訴了我們隨著運動速度的不同,時間的快慢也就有所不同,但是愛因斯坦卻沒有直接告訴我們時光可以倒流。其實在物理學家看來,穿越也是有可能實現的,而跟時光穿梭牽扯上的理論就是愛因斯坦的相對論,基於愛因斯坦的狹義相對論,時間膨脹效應可以解釋時間穿梭。
  • 通俗的解釋愛因斯坦相對論到底說的是什麼?
    愛因斯坦的相對論是一個著名的物理理論,但人們對此知之甚少。相對論包含兩個不同的元素:廣義相對論和狹義相對論。狹義相對論首先被介紹,後來被認為狹義相對論是更全面的廣義相對論的特例。廣義相對論是阿爾伯特·愛因斯坦在1907年至1915年間發展起來的一種引力理論,1915年之後,許多人為驗證廣義相對論做出了貢獻。
  • 愛因斯坦竟不是由於相對論而獲得諾貝爾獎
    在這一思想中,愛因斯坦要求人們放棄所有時鐘普適的時間概念,確信每個人都應當有他自己的時間值:如果兩個人是相對靜止的,他們的時間就是致的;如果他們存在相互的運動,那他們觀察到的時間就會有差異。實驗證明,愛因斯坦是正確的。一個繞地球旋轉的精確時鐘與存放在實驗室中的精確時鐘比,前者與後者會有時間指針上的差別。
  • 什麼是相對論?愛因斯坦到底破解了什麼秘密?
    在愛因斯坦生前,他就因創造了相對論而家喻戶曉。他所到之處,全世界都颳起了「愛因斯坦旋風」。但是當時的民眾對什麼是相對論並不了解。甚至是一些學術人員也是霧裡看花。有一次,愛因斯坦被邀請到加州大學演講,下面坐了一圈他的粉絲,都是大學生。大學生們就問愛因斯坦,據說相對論非常的晦澀難懂,您能不能簡單地描述一下它到底是什麼意思?
  • 令人驚喜的聯繫:愛因斯坦和π
    無論是愛因斯坦還是圓周率,都在科學和數學中扮演著重要的角色。但這兩者之間還有更緊密的聯繫嗎?當然有,我們只要看看愛因斯坦的方程就知道了。這裡,我指的是「真正的「愛因斯坦方程,而不是眾所周知的E=mc(就其本身而言,這是狹義相對論的一個非常簡單的結果,而不是一個基礎關係式)。
  • 讀不懂相對論,卻努力讀懂愛因斯坦
    但是這次回國卻刻意買了蘇黎世的中轉機票,我要去瑞士首都伯爾尼看看,那裡有一條叫做克拉姆的街道,阿爾伯特-愛因斯坦曾居於此,並寫出了《狹義相對論》。對於一名理論物理學愛好者來說,那裡不啻於我的麥加。    我直奔火車站而去,火車站對面就是著名的班霍夫大街,被稱為世上最富有的街道,滿眼望去全是銀行,據說馬桶都是黃金做的。
  • 休謨的時間哲學——比愛因斯坦早200年意識到相對論
    一旦同時性的相對論建立起來,愛因斯坦就能夠調和他的理論、相對性原理和光原理之間的關係。這一結論需要放棄這樣一種觀點,即存在著以時間秩序為基礎的不可觀測的時間。這是愛因斯坦從休謨那裡得到的觀點。休謨對知識文化的影響是巨大的。這包括哲學的所有領域和各種科學學科。當代的科學家們往往很少有時間研究哲學,卻常常為休謨破例。
  • 早一點這麼理解,愛因斯坦相對論也許沒這麼難懂了!
    愛因斯坦(狹義)相對論(1905年發表《論運動物體的電動力學》)剛提出那會,據法國科學家朗之萬說,全世界只有12個人知道什麼是相對論,何以至此?現在來看愛因斯坦相對論比較完整的論述:一、狹義相對論1.在任何慣性參考系中,物理學的基本定律乃至自然規律都相同;2.在任何慣性參考系中,真空光速都相同。