我們都知道愛因斯坦和牛頓都是物理學的大咖級別人物,從時間上看牛頓在先愛因斯坦在後,但是從名氣上來看,似乎愛因斯坦更佔據上風,那麼愛因斯坦究竟比牛頓再哪些方面技高一籌,今天我們就來談談這個問題。
首先你要明白當我說愛因斯坦比牛頓更偉大,其實並不是否認牛頓做出的學術成果,相反小編認為牛頓也是人類智慧的代表,所以要比較出兩者誰更偉大其實很難,不過好在兩者所研究的對象範圍大致相似,因此才具有一定的可比性。
牛頓研究的對象是啥?其實牛頓在力學、光學、聲學等諸多領域都有很大的貢獻,其中力學方面更是史無前例,也就是憑藉其出色的牛頓三定律和萬有引力定律,打遍當時宏觀世界物理規律無敵手,所以說牛頓的力學貢獻在一定程度上體現了萬物規律之精髓一點不為過。
不過牛頓力學和萬有引力也有不足的地方,首先牛頓的運動三定律中體現了一個速度疊加公式,上一期文章我專門講解了為啥在一個運動列車上面打一束光,地面人去看這束光依然是光速c,不會出現超光速現象。也就是說牛頓的定律雖然大部分時候非常適用,但是面對光這種特殊事物時,無法解釋為啥總是光速不變,這根源於人類對時間和空間的認知上有了幾千年未發現的錯覺。
而愛因斯坦則重新審視了下我們對時間和空間的認識,發現時間和空間竟然具有相對性。我們都知道速度這個物理量是相對的,一個物理量相對則表示一旦參考系換了,這個物理量值是會變得,如果物理量值不變則表示這個物理量是絕對的,不是相對的。
牛頓一直認為只有速度才具有這種「變來變去」的特性,但是愛因斯坦卻認為除了速度具有這個特性,時間和空間也具有,也就是說換了一個參考系,時間和空間數值也會變來變去,並且沒有標準答案,就好像速度沒有標準答案,大家從自己參考系看同一個物體得出的速度值都是正確的。
有了時間和空間的相對性,光速不變馬上就得以合理解釋,並且也與牛頓的力學不衝突,這也是狹義相對論的核心內容,所以當一個物體速度如果達不到0.1倍的光速,其實狹義相對論效應很微弱,牛頓力學依然適用,但是一旦速度超過0.1倍的光速,時間和空間的相對性就不能再忽略,如果此時繼續用牛頓力學來計算,會發現理論計算與實驗數據相差甚遠。所以總結一句話,愛因斯坦的狹義相對論,相當於是給牛頓力學做了一次全面修復,當物體速度較低時牛頓力學正確,當物體速度較高時狹義相對論正確,當然狹義相對論在物體速度較低時也正確。
有了以上基礎思維我們再看牛頓的萬有引力定律,這個定律是用來計算任何兩個有質量物體之間的引力大小的,通過萬有引力公式計算,然後再去實際測量數據,發現理論與數據高度吻合,所以證明了萬有引力的正確性,但是讓牛頓沒想到的是,這個世界上還存在著質量非常大的天體,比如黑洞。在牛頓時代由於沒有發現黑洞,我們所能解除的天體無非就是太陽系範圍內的一些天體,這些天體由於質量都相對小,所以萬有引力的缺陷並未體現出來,但是隨著科學的發展,黑洞的出現讓牛頓的萬有引力頓時蒙圈,通過萬有引力公式去計算黑洞周圍的運動情況會發現,理論與實驗數據偏差非常大。
這是咋回事?難道牛頓的萬有引力不正確了?其實並不是不正確,只是因為牛頓的萬有引力也是有一個適用範圍的,質量小的天體沒毛病,但是質量大的天體就出問題了,此時誰的理論能夠優於牛頓的萬有引力呢?那就是愛因斯坦的廣義相對論。在廣義相對論中,愛因斯坦把引力解釋成為「時空彎曲造成」,也就是引力已經不是力了,只是時空彎曲的幾何效應,通過愛因斯坦的廣義相對論場方程去計算黑洞周圍的運動情況,理論與實驗數據高度吻合(當然用廣義相對論去計算低質量天體一樣高度吻合),所以愛因斯坦高明的地方就在於,再次把牛頓力學不能解決的問題解決了。
所以愛因斯坦為什麼比牛頓更高,就高在愛因斯坦用狹義相對論解決了光速不變問題,重新刷新了人們對時間和空間的認知,同時愛因斯坦又用廣義相對論解決了黑洞問題,再次重新了人們對引力的認知,我是小彭來給您解惑,如果喜歡文章可關注我,如果有異議可留言評論。