淺析相對論(內容淺顯明白)

2020-12-06 我心飛揚我的夢

「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。

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    在過去的時間裡,我們已經能用量子力學和廣義相對論預言很多物理方面的事情。從微小的原子、分子領域到廣袤的星系、星系團,我們都能用這兩種理論工具言之一二,這也確實是很了不起的。不過隨著時間轉到21世紀,越來越多的實驗證明了,無論是量子力學還是廣義相對論都沒能達到最深層的認識。在物理領域,我們使用的理論一般也只有一種:要麼是量子力學,要麼是廣義相對論。當然也有例外的情況——黑洞的奇點,也只有這種極其特殊的環境下才可能同時用到兩種理論。
  • 相對論、量子力學與弦論
    編者按:本文摘錄自潘宗光教授的《佛法與科學》,內容主要從科學角度解釋了相對論、量子力學與弦理論。方便大家體會一下當代科學發展的趨勢,從科學的角度窺一窺佛教。潘宗光教授為前香港理工大學校長,現為香港理工大學榮休教授及榮休校長。潘教授早年畢業於香港大學,獲一級榮譽理學士學位及一級榮譽理學士深造學位。
  • 相對論和量子力學之後上百年過去了,物理學為何沒有突破性進展?
    相對論和量子力學後真的沒有突破性的進展嗎?莫要用我們對物理學淺顯的認知輕易下結論,很多專業性的物理學知識我們並不是十分了解。物理學一直都在進步中,比如說楊米爾斯理論完善了標準粒子模型,從而統一了除引力之外的三種基本自然力,這難道不是顛覆性的進展嗎?還有楊振寧的宇稱不守恆,不能因為我們不了解就認為它不是突破性的進展。
  • 相對論和量子力學之後上百年過去了,物理學為何沒有突破性進展?
    相對論和量子力學後真的沒有突破性的進展嗎?莫要用我們對物理學淺顯的認知輕易下結論,很多專業性的物理學知識我們並不是十分了解。換一種思維方式:牛頓經典力學到相對論的誕生,中間也經歷了兩百多年時間,為何這兩百多年時間物理學也沒有突破性進展呢?往遠了說,在牛頓經典力學誕生之前的人類幾千年歷史,同樣的也沒有突破性進展!幾千年沒有突破性進展為何沒有人質疑?如今只有100年沒有突破性進展我們就著急了呢?
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  • 領導下次集體學習候選內容備課稿:愛因斯坦相對論和科技創新
    下面介紹具體內容。後來,愛因斯坦又使用類似的方法建立了廣義相對論時空觀,通過使用廣義相對論時空觀對經典引力理論進行改造,愛因斯坦就建立了廣義相對論。人們通常所說的相對論,就是對狹義相對論和廣義相對論的合稱。有時候,人們所說的相對論,也包括相對論宇宙學內容。