淺析相對論(內容淺顯明白)

2020-12-04 百家號

「相對論」——大家耳熟能詳的名詞,然而大家對它的了解有多深呢?現在讓我帶領大家進入相對論的奇幻歷程。

相對論是建基於一個假設上的,那就是光速是不變的。大家都知道,當兩架車迎面前進時,車上兩個人若分別向車頭行駛的方向時,他們之間靠攏的速度就是車速加上兩個人各自的步速。但若兩個人手持電筒,同時亮燈的話,光速理應加上各自的車速,才能得到最後的相對速度。但奇怪的是,光速在這個參考系中是不變,車速是影響不了兩束光相遇的速度的。這個有礙我們日常生活經驗的結論總讓我們感到納悶,然而這個假設是愛因斯坦在搭公交車時推敲出來的,由於小編記憶力不好,我只能夠通過參考一些資料道出道理來。

有一天,愛因斯坦照常坐車上下班,突然他靈光一閃想到,若前面公交車按百分之九十的光速前進,後面有一輛公交車以光速在後面趕上,後面的公交車裡有個人手持電筒發送了一段光信號。按道理前面的公交車裡面的人會看到光速的1.1倍的速度的燈光。但事實是,前面的人看到的信息是光信號幾秒前的信號,所以前面公交車的人測到的速度是光速本身。

其實,這個假設就是平時大家熟悉的——「光年」了,我們用望遠鏡看到幾光年以外的星體,就是它們幾年的模樣。

假設了光速不變後,愛因斯坦繼而推出了其他相對論的推論物體速度越快時間越慢,繼而物體的長度越長,質量越大。這裡就不一一詳述了。

相對論除了包含以上的幾條定律外,還對我們浩瀚的宇宙給予定律。例如:我們的地球圍繞著太陽轉可以比喻為兩個球體放在一張時空「彈彈床」上,凹陷的地球會在引力的作用下圍繞著太陽轉。說起引力,我們不得不提起牛頓的引力定律。很多人可能會問,牛頓的引力定律不是已經能很好地描繪天體的物理了嗎?為何還要愛因斯坦加以補充呢?其實這是因為人們用望遠鏡看到水星的運動軌跡與經典物理推演出來的數據有所出入,於是大家就引入了相對論,讓人意想不到的是結果竟然是驚人的一致。所以相對論於此又立了一功。

此外,愛因斯坦還預言引力能使光彎曲,時間變慢。前者在一次日蝕中驗證了,實驗者首先鎖定一顆星星的位置,在日蝕裡在確定一次星星的位置,由於太陽的引力讓星光彎曲,所以兩次位置就會有所不同。而時間變慢的驗證是由一班實驗學家將一個原子鐘裝到飛機上 ,另外一個放在地球表面,兩者的時間先調成一致。接著飛機在地球上空飛了一圈,然後大家將兩者時間對比,果然,飛機裡面的原子鐘變慢。現在的GPS也是用愛因斯坦的公式來計算太空裡衛星與地面的時差,從而保證精確度。沒有愛因斯坦的貢獻,恐怕也沒有今天的GPS。

雖然愛因斯坦的「主力」相對論對我們的貢獻是巨大的,但他i卻只因光電效應獲得諾貝爾獎的。這可能是他一生的遺憾吧。

相關焦點

  • 專訪《相對論之路》作者:最早科普相對論的正是愛因斯坦本人
    書中呈現了愛因斯坦的完整論文手稿,以及由作者進行的逐頁科普闡釋,並講述了愛因斯坦如何從狹義相對論走向廣義相對論、這一標誌性論文手稿的意義以及它如何從柏林被移送到耶魯撒冷等內容。作為希伯來大學愛因斯坦檔案館的學術主任,哈諾赫曾經手過數以萬計關於愛因斯坦的一手資料。
  • 遲到的科普:廣義相對論
    在講相對論的的時候將其分成兩部分:狹義相對論和廣義相對論。很久很久以前講過狹義相對論,廣義相對論卻遲遲沒有講。所今天冷言和大家談談什麼是廣義相對論?其實廣義相對論最主要的有兩點:廣義協變原理和等效原理。
  • 狹義相對論到底是什麼意思,給大家一個具體的解釋,幾分鐘就明白
    具體的情況是在狹義相對論中,此時兩個人的光速是一致的,也就是說光速的速度並沒有變快或者變慢,這就是愛因斯坦的狹義相對論中最令人感到驚奇的一點,因為愛因斯坦將光速恆定在一個速度上,所以任何時候光速是不會發生任何改變的,這點就是狹義相對論的一個宗旨。
  • 牛頓力學、狹義相對論和廣義相對論,通俗的講一下這些不通俗的事
    然而,牛頓力學體系並不完美,甚至可以說並不是一種普遍的規律,其所描述的其實是一種普遍規律之中的一小部分特例,所以,之後便有了愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論,終於算是將力和運動的事情給說明白了。那麼,什麼是牛頓力學、狹義相對論以及廣義相對論呢?這些是複雜而高大上的話題,不是一句兩句,一天兩天能夠說清楚的。
  • 愛因斯坦和相對論,人類是如何計算來自110億光年外的深空信號的
    一個人創立了相對論理論,並對現代量子力學的發展,奠定了紮實的基礎。就在剛剛發生不久的,引力波、黑洞——理論,都是出自愛因斯坦的廣義相對論,能夠在100多年前做出精確的預測,是我們不得不佩服的,這也是愛因斯坦最偉大的成就。
  • 四種生活中的相對論,金是金黃色、汞的熔點低都和相對論有關!
    相對論是比牛頓力學更深刻的科學理論,一般我們認為,只有在高速運動下相對論效應才明顯;實際上,在我們日常生活中,就有一些現象,本質上只有加上相對論才能夠得到完美解釋。黃金的顏色黃金是一種稀有金屬,高純度的黃金呈發亮的金黃色,其實黃金的顏色中就隱藏著相對論。
  • 狹義相對論和廣義相對論到底有啥區別?
    之前的所有文章,我們多次談到相對論中的時間膨脹和長度收縮概念,其實這裡所說的相對論僅僅是狹義相對論,其中長度收縮僅僅是一種相對效應,也就是地面人看運動的物體,長度變短了,但是運動物體自己看自身,長度依然是沒變的,這就是長度的相對性,如果不理解這個,可以翻翻前面的文章看下。
  • 曹則賢2021跨年科學演講:什麼是相對論
    本講座會包含儘可能多、儘可能深的內容,留給真心向學者!相對論是個什麼樣的學問呢?大致說來,相對論是關於時空的原理性理論,相對性原理(principle of relativity)是物理理論必須滿足的要求(postulate)。相對論的發展是一個長達300餘年的思想過程,在愛因斯坦1915年底奠立廣義相對論的那一刻達到了頂峰。
  • 曹則賢開講:什麼是相對論?|「新年悟理」2021跨年科學演講
    昨晚直播結束很多小夥伴表示很喜歡這次「新年悟理」2021跨年科學演講的內容,所以課代表連夜給大家整理了全文,錯過昨晚直播的小夥伴們今天可千萬不要再錯過了,點擊下方卡片即可觀看跨年演講全部內容(視頻後還附有文字稿哦)。本稿由小編整理自現場演講。
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    有些讀者對這個問題感興趣,他們想知道愛因斯坦是怎麼發現相對論的,是用實驗的方法慢慢驗證推理出來的,還是直接用數學方法和物理思想推出來的。愛因斯坦是怎麼想到要去創立相對論的呢,有哪些時代背景和機緣巧合,為什麼同時代那麼多權威的物理學家都沒有辦到,他一個畢業工作沒幾年的小毛頭是怎麼辦到的?
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。但是,乍一看,GRT是不是真的很複雜?如何理解廣義相對論?愛因斯坦的廣義相對論可以用幾個字來表達:「時空告訴物質是如何運動的;物質告訴時空是如何彎曲的。」
  • 為什麼狹義相對論理解起來很困難?本徵和非本徵有啥區別?
    關於狹義相對論,裡面其實有很多概念需要明白,如果不明白就會出現理解一些運動的物理過程,變得十分困難,其中有兩個概念必須要懂:本徵時間和本徵長度,當然也對應非本徵時間和非本徵長度。什麼是本徵時間和本徵長度的,就是這個物體靜止時花費的時間和物體的長度。
  • 除了愛因斯坦之外,還有哪位科學家有可能發現相對論?
    雖然在愛因斯坦生前,相對論並不受到科學界的認可,愛因斯坦也沒有因此獲得諾貝爾物理學獎,但是相對論對於科學界的影響和價值、意義,是沒有辦法取代的,也是其他理論沒有辦法比肩的。特別是伴隨著越來越多相對論中的理論被發現,人們對於相對論,也越發重視,甚至很多人都將相對論視為指路明燈。
  • 《戀愛相對論》中的帥哥美女大盤點
    《戀愛相對論》中的帥哥美女大盤點《戀愛相對論》主要講述了是幾位都市青年,在面對情感時的不同態度和抉擇的故事。甘婷婷《戀愛相對論》中飾演郝麗人中國內地女演員,畢業於中央戲劇學院。《戀愛相對論》中飾演郝麗人,漂亮自信又高傲、氣場十足的典型獅子女,出身豪門,是國內頂級《Fashionlove》雜誌的策劃總監,聰明能幹卻脾氣火爆,從而身邊的人在背後叫她做「嫁不出去的女魔頭」。樸海鎮《戀愛相對論》中飾演李昂韓國男演員,2006年畢業於首爾綜合藝術大學(SAC)。
  • 三分鐘帶你理解相對論,可以去向未來,但永遠無法回到過去
    相信我們所有的人對愛因斯坦的相對論都耳熟能詳,但是究竟相對論闡述了什麼樣的理論,相信絕大部分的人都搞不清楚。據說在相對論剛被發現的時候,全世界只有兩個半人能夠理解,現在隨著時間的流逝,人們知識水平的提高,越來越多的人可以理解相對論。但是絕大部分的人對相對論的理論還是一頭霧水。
  • 宇宙最快星系,遠離速度達2.3倍光速,為什麼它沒有違背相對論?
    相信很多朋友都知道相對論,它是愛因斯坦提出的最偉大的物理理論,也是人類科學史上最偉大的一個基礎理論。相對論讓我們對空間,時間,宇宙有了更新的認知。相對論一個偉大的理論,對人類的影響是深遠的,而人類目前對相對論的應用和理解還只是皮毛。
  • ——帶你走進相對論
    前言   猶記得在高中上物理課的時候,那本書應該大多數講的是近代物理的內容,當講到相對論的時候,我完全被驚呆了,當時想著,這是什麼鬼?運動的時鐘會變慢?運動的尺子會縮短?我完全不能想像,這是顛覆人們正常的認知啊!
  • 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?
  • 十分鐘內讓你理解相對論
    理解相對論的途徑:光速不變——狹義相對論——等效原理——廣義相對論——時空彎曲。相對論一、光速不變。二、狹義相對論。狹義相對論很短,只有幾頁。它要表達的意思更短,只有一句話:不管觀察者如何運動,被觀察的光速不變。從這句看似簡單的話可以得出一些非常奇妙的結論,這些結論嚴重違背了我們的日常經驗,但現在都被證明是正確的。
  • 米尺收縮,時鐘變慢,為什麼相對論不講這些?
    大部分人所理解的愛因斯坦相對論的邏輯與其本意背道而馳。這是不幸的,因為完全相反的這部分內容,正是相對論獨創的精髓所在;這部分內容與洛倫茨、龐加萊、菲茨傑拉德、赫維賽德以及在他之前手上有研究出一部分理論的人割離開。