狹義相對論的誕生 1905年9月25日

2020-12-05 騰訊網

1905 年,是愛因斯坦的豐收年,這一年,他在德國《物理年鑑》上,先後發表了多篇論文,其中提出了具有開創一個科學領域的光量子說、一個震撼世界的質能公式,還創建了改革人類時空觀的狹義相對論。這三個成果都具有劃時代的意義。

物理學的兩大「基石」——牛頓力學和麥克斯韋方程彼此間是否兼容?愛因斯坦苦思不得其解,他思考了很多問題,例如不同地方的時鐘、快速火車的運動。漸漸地,解決問題的關鍵突然出現在他的腦子裡:時間和空間都服從相對性的法則,不再具有牛頓理論中的「絕對性」,而唯有光速是不變的。

在做這一思考的當時,愛因斯坦年僅 26 歲。他撰寫了大約 30 頁的手稿,形成了狹義相對論理論的雛形,給出了關於時間與空間的相對論關係,成為人類歷史上最重要的科學論文之一。

1905年9月25日,這篇題為「論動體的電動力學」的論文在《物理學雜誌》第 17 卷上發表了出來,它是愛因斯坦狹義相對論的鴻蒙開篇,更是物理學的創世傑作。

狹義相對論的優越性不只在高速情況下才表現出來,即使在日常生活,也不可能完全與高速運動割裂開來。在現代科學技術領域中,諸如核能的開發、粒子加速器、全球衛星定位系統(GPS)等都與狹義相對論緊密相關。

狹義相對論的創建稱得上是物理學真正意義上的一場革命。

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  • 狹義相對論誕生114周年,今日頭條上線愛因斯坦開屏
    2019年6月30日是狹義相對論誕生114周年紀念日。當天,今日頭條客戶端上線愛因斯坦定製開屏。海報以愛因斯坦為主體,繪製了時間膨脹鍾、光錐、數學公式等元素,以紀念愛因斯坦在經典力學領域作出的傑出貢獻。
  • 1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論
    1905年,也就是普朗克發表量子思想之後的第五年,愛因斯坦發表了狹義相對論。這一划時代的物理學成就,最初並不是以舉世矚目的方式出現在科學界,而像是無人問津的野花。這朵花是曇花一現還是流芳百世?只有少數物理學家關心此問題。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    上篇:《相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(上)》16不存在絕對運動馬赫對愛因斯坦創立狹義相對論的影響是非常巨大的。愛因斯坦在學生時代就讀過馬赫的《力學史評》,奧林匹亞科學院(大學剛畢業的愛因斯坦和幾位朋友創建的一個以科學和哲學的交界問題為主題的學習小組。
  • 愛因斯坦的質能公式與狹義相對論自相矛盾嗎?
    質能方程與狹義相對論並不矛盾,因為質能方程的基礎就是狹義相對論,或者說我們可以從狹義相對論出發推導出質能方程,既然如此,又何談自相矛盾一說呢?狹義相對論的兩大基本原理是:光速不變原理和狹義相對性原理,由此可以推導出狹義相對論的核心——洛倫茲變換,而有了這個變換之後,狹義相對論的一切推論就有了基礎,比如著名的時間膨脹、量尺縮短、質量增加等等其中題目說的質能方程也是它的推論,最早是發表於《物體的慣性取決於它的能量含量?》一文,時間是1905年9月。
  • 狹義相對論的困難,驚心動魄的十年
    1905年,愛因斯坦發展出了狹義相對論,把空間和時間聯繫在一起。光速不變原理和相對性原理在這之中起了重要作用。相對性原理告訴我們,一切慣性系都是平權的,並不存在一個特殊的絕對空間和絕對時間;光速不變原理還告訴我們,光在任何慣性系當中的速度都是一樣的。愛因斯坦通過這兩個原理,獨自推導出了洛倫茲變換。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論
    這篇文章的主題是狹義相對論的誕生,我不可能把所有的以太實驗都列出來,那夠寫一本書了。這裡只介紹幾個跟愛因斯坦創立狹義相對論關係比較大的實驗。我之所以反覆強調1895年這個時間點,是因為這是愛因斯坦在發表狹義相對論論文(1905年)之前所知道的洛倫茲的最新工作,洛倫茲在1895年之後的工作愛因斯坦通通不知道,包括1904年大名鼎鼎的洛倫茲變換。
  • 一口氣搞懂狹義相對論
    在科學史上,1905年被稱為:愛因斯坦奇蹟年。在這一年,愛因斯坦共發表了4篇學術論文,每一篇都是諾獎級別的理論,並且也是開創性的科學成果。其中,在1905年6月30號發表的《論動體的電動力學》,後來也被叫做:狹義相對論。今天是狹義相對論發表的114周年。
  • 以太的否定,洛倫茲與龐加萊的困惑,狹義相對論誕生的前夜
    上一篇文章我們討論了「相對性原理」和「光速不變原理」,經過我們的討論,發現這兩個基本原理之間存在著不相容性,或者說它們之間是相互牴觸的,這篇文章就讓我們一起來聊一聊物理學家們是如何一步步解決這兩個基本原理之間相互牴觸的問題的、狹義相對論又是如何建立的!我們得先從「麥可遜—莫雷」實驗說起!
  • 狹義相對論剛發表,就遭到科學家冷眼!112年後,依舊難以理解
    1905年,愛因斯坦依舊是個小職員,但是他在這一年裡卻先後發表了劃時代的五篇論文。其中一篇論文回答了人類長期以來迷惑的問題——「光是什麼?」,愛因斯坦在這篇論文裡論述的就是我們常說的光電效應,論文首次提出了光量子概念,也就是光子。另一篇是關於原子的論述。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    這樣,以洛倫茲協變性為核心的狹義相對論就正式誕生了。這篇文章的主題是相對論的誕生,在愛因斯坦把相對性原理和光速不變作為兩條基本假設,並且通過對時間的分析解決了兩者的矛盾以後,狹義相對論的創建工作基本上就完成了。
  • 相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分?
    1955年4月18日,20世紀最偉大的科學家阿爾伯特·愛因斯坦因患動脈瘤在美國普林斯頓逝世。說起愛因斯坦,都知道他提出了著名的相對論。但是你可知道,相對論為什麼有「狹義」和「廣義」之分呢?了解「相對論」對於研究現代物理學的人來說,是十分必要的。據說,相對論的創始人阿耳伯特?愛因斯坦從小就思考這樣兩個問題:(1)如果有人跟著光線跑,並努力趕上它,那麼,這個人將看到些什麼現象呢?(2)如果把一個人關在一架自由下落的升降機內,他將看到什麼呢?
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    相對論創立初期整個理論體系就非常完善了,但是壓根沒人相信他,為什麼?就是因為沒有實驗驗證,直到愛丁頓在1919年觀測到了和廣義相對論相符的日食現象,愛因斯坦和相對論才開始慢慢被大家接受,而愛因斯坦提出狹義相對論的那一年是1905年,足足過去了14年。
  • 請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?
    請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?這些驗證實驗具體如何做的?狹義和廣義相對論都由愛因斯坦分別在1905年和1915年提出,是世界上最先進的科學理論,為基礎物理奠下了堅實的基礎。也都已經被世界各國嚴格驗證很多遍,種種實驗和觀察都驗證了兩大相對論的正確性,今年的「M87黑洞」照片就是有力的證明。大多數人比較熟知廣義相對論,因為今年4月10日公布過第一張M87黑洞照片,讓大眾上了一堂科普課。而狹義相對論所知者並不多。
  • 相對主義與絕對主義的鬥爭——狹義相對論,為何如此讓人困惑?
    這本科普名作首次出版是在20世紀上半葉的1938年。但相對而言,這本科普書無論多麼著名,它的知名度是遠遠不能與愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論相提並論的。在這之前的1915年,愛因斯坦提出了廣義相對論,再往前的1905年,愛因斯坦提出了狹義相對論,正是因為這兩個相對論導致愛因斯坦的名聲享譽全球,科學界也將這兩個年份公認為是愛因斯坦的「奇蹟年」。
  • 美國物理學家精確實驗 證實愛因斯坦狹義相對論
    新華網洛杉磯12月22日電(記者陳勇)美國國家標準技術研究所和麻省理工學院的物理學家說,他們通過迄今最直接、最精確的實驗證明了愛因斯坦狹義相對論中著名的質能公式。  質能公式(E=MC2)指出,物質的總能量相當於其質量乘以光速的平方。它表明能量和質量可以互相轉換,而光速是恆定不變的常數。
  • 兩個小故事能否增加你對狹義相對論的簡單理解
    狹義相對論的兩個基本假設1.愛因斯坦相對性原理:在不同的參考系中,一切物理規律都是相同的。2.光速不變原理:真空中的光速在不同的參考系中都是相同的。為了說明相對論,有兩個故事來說明:故事11905年10月,德國《物理年鑑
  • 狹義相對論擴展後可解釋超光速運動
    澳大利亞應用數學家進行的研究發現,愛因斯坦的狹義相對論可用於描述超光速運動。根據愛因斯坦提出的狹義相對論,任何物體的速度都無法超過光速,但澳大利亞阿德萊德大學的數學家研究出新的方程式,對狹義相對論進行擴展,能夠用於解釋打破光速的物體運動。
  • 天才的迸發,1905年的愛因斯坦改變了物理學
    隨著1905年的到來,即將26歲的阿爾伯特愛因斯坦是以一個掛科的大學生的身份面對生活的。如果說這個不起眼的公務員將對科學做出巨大貢獻,當時的大多數物理學家一定會嗤之以鼻。令人大吃一驚的是,他在1905年三月發表了一篇有著驚人假設的論文,不顧幾十年來可以證明光是波的證據,愛因斯坦提出:光,實際上可以是粒子,並表明一些神秘的現象,比如光電效應,可以用他的假說來解釋。這個觀點在接下來的幾年裡一直被嘲笑,但愛因斯坦只是領先了他的時代二十年。波粒二象性被載入史冊成為量子革命的奠基石。
  • 你能聽懂的狹義相對論
    前2篇簡單講了下黑洞,今天我們來談談相對論,不得不說老愛太牛逼了。1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論,十年後又發表了更牛的廣義相對論,至今已有100多年了,但是他的理論還是讓人難以理解。說狹義相對論之前,先說說幾個物理學牛人。
  • 「黎曼幾何」與「狹義相對論」的相遇,驚豔了整個人類的現代文明
    1905年5月的一天,愛因斯坦與朋友貝索再次討論這個被人們爭議了十年的問題。這一次討論使得愛因斯坦想清楚了一件事:「時間」沒有絕對的定義,時間與光信號的速度有一種不可分割的聯繫。經過五個星期的努力工作,愛因斯坦發表了著名的《論動體的電動力學》——具有劃時代意義的「狹義相對論」誕生了。