愛因斯坦的相對論有多牛?從五個不同視角,照亮現實生活的美

2020-12-05 科學狂想小調

愛因斯坦的相對論有多牛?從五個不同視角,照亮現實生活的美

文/圓非日月

說起愛因斯坦,這真的是一位偉大的科學家,而他在20世紀時期所創作出的相對論理論,更是對於我們的日常生活具有非凡的重要指導意義,而且它也能夠很好的解釋我們日常生活中所迷惑不解的地方。

關於相對論物理定律的創作,愛因斯坦早在1905年就已經進行了,這個理論的牛掰之處在於,它可以很好的解釋物體在空間和時間上的行為,對於小夥伴都非常感興趣的黑洞以及黑洞在重力下而產生的光彎曲,以及水星在軌道上的行為,愛因斯坦的相對論都作出了充分的詮釋。

有很多人認為這個理論玄之又玄,真正能看懂相對論的,全世界沒有幾個人,不過,這個理論從表面上來理解的話,還是很簡單的,首先我們要知道,沒有絕對的參照系,每次你測量一個物體的速度,它的動量或者它是如何經歷時間的,這和它所選擇的參照系有關。其次我們要知道,光束無論是誰測量它,又或者測量它的速度有多快,在本質上都是一樣的。最後,光速是宇宙中最快的速度,沒有什麼比它更快的了。

但是,有時候簡單的東西並不意味著容易理解,像是愛因斯坦這個著名的理論意義就十分深刻,你要知道,如果光速在哪裡都是一樣,那麼對於太空人而言,時間基本上是慢下來的,當太空人身處太空中時,相對於地球運行的速度,會比地球上的人要慢很多,這不就是一個鮮明的例子嗎?

接下來圓非日月就特意找了幾個相對論的例子,看看在我們的日常生活中,相對論都在起著什麼樣的作用?為何要說愛因斯坦的相對論非常牛呢?

第一個,電磁鐵。現在千家萬戶都使用了電燈,只要你在使用電,就非常需要感謝一下愛因斯坦,正是因為愛因斯坦的相對論,發電機才可以憑藉著它的原理,不停的向我們人類輸送電能,磁學完美的展現出了相對論的一個效應,當你把一圈鐵絲穿過磁場時,也就會產生電流,但如果想像一下鐵絲靜止的樣子,想想磁鐵在移動,在這種情況下,電線中的帶電粒子不再移動,所以磁場不應該影響他們。這樣的說法在事實上是成立的,一股水流仍在流動,這表明沒有特權的參照系,對此,加州克萊蒙特波莫納學院的物理學教授託馬斯·摩爾就曾經說過,用相對論來證明法拉第定律,你就會知道,一個變化的磁場產生一個電流,這樣的說法是正確的。

第二個,全球定位系統。我們所熟知的全球定位系統有GPS,以及歐洲的伽利略,還有我們國家的北鬥(至於俄羅斯的那個全球定位系統,抱歉不記得了),為了讓我們廣大的車主朋友們,他們的導航系統能夠更加有效準確的發揮作用,就不得不考慮到相對論所帶來的一些影響,其原因在於,即使衛星沒有以接近光速的速度移動,但是它們每秒圍著地球轉,運行的還是相當快,尤其是衛星朝地球上的地面站點發送信號,這也導致了你車子中的全球定位系統也正在經歷著比軌道上的衛星更高的加速度。所以,若是不考量相對論所帶來的影響,前一天全球導航系統告訴你,你的車子距離下一個加油站只有0.7公裡,但在一天後,可能就會變成七公裡的距離,這就是後果。

第三個,黑白電視。現在家家戶戶用上了彩色電視,用黑白電視的恐怕已經沒有了,早期的黑白電視都有陰極射線管屏幕,什麼叫做陰極射線管呢?它的工作原理大致如下,用大磁鐵在螢光粉表面發射電子,當每個電子擊中屏幕的背面時,每個電子都會形成一個亮像素,而電子的速度是以光速的30%發出,使圖像活靈活現具有移動性,由此可以看出,相對論的某些原理在其上面顯而易見的表現出來,當電視生產廠商製作電視時,他們必然會考慮愛因斯坦的相對論。

第四個,千家萬戶用的燈。每當我們使用電燈,可能都要感謝愛因斯坦的幫助,使用電燈時這裡也涉及到了相對論的一些影響,要知道,因為相對論要求電磁場的變化,以有限的速度而不是瞬間移動,所以,不僅磁不存在,光也是不存在的,根據科學家的說法,如果相對論不執行這一要求的話,那麼電場中的變化將會橫生枝節,不會通過電磁波傳遞,而磁和光也就因此不會產生。

第五個,為什麼汞是一種液體?它和黃金比較類似,汞也是一個重原子,由於電子的速度和質量的增加,所以汞的電子離原子核很近,這也導致對於汞而言,其原子間的鍵很弱,因此我們在生活中經常看到的汞都是一種液體,因為它會在較低的溫度下融化。

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  • 納粹時期的愛因斯坦-愛因斯坦,德國,希特勒,相對論,猶太人,反猶...
    愛因斯坦是當代最偉大的物理學家,在許多國度千年人物(1001—2000)評選中都名列榜首。但因為這位俊傑是猶太人,故受到德國極權主義的迫害,納粹時期的愛因斯坦是人們反思這一事件理應直面、值得咀嚼的一個話題。  眾所周知,愛因斯坦開創了相對論,徹底改變了人們看待宇宙的方式。隨著反猶主義在德國越來越泛濫,對愛因斯坦及其相對論的攻擊此起彼伏,反相對論與反猶主義掛上了鉤。
  • 黑洞、諾貝爾獎與相對論、愛因斯坦
    這樣就很好理解相對性原理, 相對性原理是愛因斯坦相對論的第一個原理。在牛頓力學體系中,科學家們比如伽利略很早就分析過相對運動。後來隨著電動力學的發展,對相對運動的分析從牛頓力學延展到電動力學。比愛因斯坦大二十多歲的洛倫茲給出了洛倫茲變換公式,對於不同的參考系,可以通過洛倫茲公式進行速度變換,把適用於一個參考系中的運動方程,轉換為另一個參考系中的方程。
  • 現實中有哪些與相對論有關的現象?-現實,相對論,有關,現象 ——快...
    不同的觀察者會看到不同的時間和事件間隔。在我們看來百萬年的時間,對於乘坐高速火箭飛行或墜入黑洞的人來說可能只是一眨眼的功夫。一切都是相對的。狹義相對論愛因斯坦的理論分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論首先提出,其基礎是光速在任何參考系下都是恆定不變的。這看起來很簡單,但卻有著深遠的影響。
  • 什麼是相對論?現實中有哪些與相對論有關的現象?
    相對論是什麼?簡而言之,相對論的概念意味著物理定律在任何地方都是相同的。我們在地球上遵循的光和引力定律,與宇宙遙遠角落裡的外星人——如果存在的話——是一樣的。物理學的普遍性意味著歷史是偏狹的。不同的觀察者會看到不同的時間和事件間隔。在我們看來百萬年的時間,對於乘坐高速火箭飛行或墜入黑洞的人來說可能只是一眨眼的功夫。一切都是相對的。
  • 創建了廣義相對論,預言了黑洞的愛因斯坦的經歷到底有多牛?
    提出了愛因斯坦提出「光化當量」定律。愛因斯坦35歲的時候接受德國科學界的邀請。遷居到柏林。37歲時完成論文《廣義相對論的基礎》並提出宇宙空間有限無界假說並完成《關於輻射的量子理論》。並講演相對論。73歲的時候發表《相對論和空間問題》、《關於一些基本概論的緒論》。這一年,以色列第1任總統去世後,以色列政府請他擔任第2任總統,被他拒絕。
  • 愛因斯坦的相對論到底說的是什麼?
    提起愛因斯坦人們首先會想到他的相對論,而相對論又分為狹義和廣義,前者沒有將引力考慮在內,後者則革新了人類對引力的認知
  • 為什麼會有人反對愛因斯坦的相對論?
    愛因斯坦的相對論,以及根據相對論做出的很多推論和預言,都逐漸被人類證實。 所以,即便將來有了更新的理論,也頂多是對現有相對論的適用邊界的擴展,而不可能完全否定相對論。就像相對論讓人類認識到牛經典力學只能用於宏觀物體一樣,並不是否定了牛頓定律的正確性。
  • 愛因斯坦的相對論的提出始末,有沒有實驗的驗證?
    愛因斯坦的狹義與廣義相對論是否得到了實驗的驗證?愛因斯坦創立的相對論絕對是現代物理學的頂梁柱,它從誕生到如今,一直都是當代物理學研究的熱點,而且近半個多世紀以來的重大科學成果都與相對論有關係。那麼,愛因斯坦是如何創立這兩個理論的呢?
  • 命運多舛的相對論,愛因斯坦為它費盡心血
    當人們都開始為時間膨脹、長度收縮、質能關係等種種狹義相對論帶來的神奇預言而瘋狂時,愛因斯坦卻意識到狹義相對論一個巨大的不足。狹義相對論只能描述勻速運動和慣性系,對於加速運動或非慣性系卻束手無策。但是,我們生活的現實世界幾乎不存在勻速運動和慣性系。我們腳下的地球在圍繞太陽轉,太陽又帶著八大行星圍繞銀河系中心旋轉。
  • 20世紀的科學大師愛因斯坦提出的相對論,至今都無懈可擊!
    但愛因斯坦預言卻不同一般。如果觀測者是同時在這兩個飛船上進行,兩個觀測者會一致得出他們之間的距離是以每秒10萬公裡而不是每秒8萬公裡的速度增加。粗略看來,這樣的結果太不近現實了。實際上,相對論在長年中被視為無實用價值的 「象牙之塔」,人們對它束之高閣。直到1945年,原子彈在長崎和廣島大顯身手,人們才對相對論刮目相看。愛因斯擔相對論中,闡述了物質和能量在某種意義上的等同關係,E=MC2 就說明了他們兩者之間的關係。其中,E是能量的代稱,M是質量的代稱,C是光速的代稱。 由於C是個很大量,等於30萬公裡/小時,那麼C2更是天文數字了。
  • 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。
  • 為什麼是愛因斯坦提出了相對論,而不是其他人?
    比如說,如果你在一艘船裡面,這艘船很平穩,那麼你很難了解這艘船是前進還是在後退,如果你有個小球,然後向上拋起,那這個球基本上還是落回原地。這其實就是伽利略的一個思想實驗。現實生活中也很常見,我們去做火車,常常有這麼一個錯覺,那就是如果你旁邊也有一輛列車,這個時候,無論你所在的列車啟動了還是對面的列車啟動了,你都很難分清楚到底誰啟動了。
  • 【講座精採回放】時空扭曲100年--愛因斯坦與相對論
    「狹義相對論」跟「廣義相對論」有什麼差別?狹義相對論講的是高速運動的情況下,運動的人跟旁邊的觀察者,對於幾個重要的物理量像是長度、質量,跟時間,這兩人的認知是不同的。現在放上來的這張圖片,請大家點開以後我跟大家慢慢說。如果有兩艘宇宙飛船,你跟你的朋友分別各在一艘上面,我們從時間講起,時間有什麼不一樣呢?
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    他們是物理學史上最傑出、最偉大的雙星,牛頓閃耀在17世紀夜空,牛氣沖天,熠熠生輝;愛因斯坦照亮了19、20世紀,光彩奪目,名噪天下。如果對他倆們進行比較,誰會更勝一籌?科學家們認為,愛因斯坦還有六項能夠獲得諾貝爾獎的研究,分別是:狹義相對論、廣義相對論、能量量子化、自發發射和受激發射、德布羅意波、玻色-愛因斯坦凝聚。因此,愛因斯坦應該獲得7次諾獎。牛頓的時代還沒有諾貝爾獎。
  • 物理界有牛愛麥楊的說法,楊振寧和愛因斯坦是同一級別的人物嗎?
    諾貝爾物理學獎獲得者丁肇中曾經說過:20世紀物理學三大發現就是相對論、量子力學和規範場理論。如此看來,百年後楊振寧和愛因斯坦極有可能會是一個級別的,其實在物理學界向來有牛愛麥楊的說法:牛是牛頓爵爺,愛是愛因斯坦大神,麥是麥克斯韋妖精,楊就是楊振寧老先生。
  • 愛因斯坦與廣義相對論
    圖1 創建狹義相對論時的愛因斯坦愛因斯坦認為,自己的相對論與牛頓物理學的分水嶺不是「 相對性原理」,而是「光速不變原理」。「光速不變原理」完全是愛因斯坦一個人提出的。這一原理直接導致「同時的相對性」。「光速不變原理」和「同時的相對性」是與人們的日常生活觀念完全牴觸的,也是與伽利略變換不相容的。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    在經歷了這麼多的思索以後,愛因斯坦已經堅信電磁定律必須滿足相對性原理了。所以,他要做的是想辦法協調相對性原理和光速不變,而不管它們看起來有多矛盾。那要怎樣協調呢?愛因斯坦肯定會想到洛倫茲1895年的論文,因為洛倫茲在這篇論文裡提出了一套滿足相對性原理的一階電磁理論。這一點愛因斯坦自己也說了:「我懷著修正洛倫茲某些思想的希望,差不多考慮了一年。」
  • 愛因斯坦的相對論那麼偉大,為什麼沒有因為相對論獲得諾貝爾獎?
    讓諾獎榮光的科學家首先,在整個科學界有很多科學家拿到了諾獎。但是很多人是因為諾獎而感到無限榮光的,但還有一些人是因為他們拿了諾獎,諾獎因為他們而榮光的。這樣的人在歷史上並不多,比如,蘇聯有個著名的物理學家叫做朗道。
  • 為什麼有些貢獻的物理學家名字變成了單位,而愛因斯坦沒有!
    說起物理,人們一定會想到愛因斯坦,更有人所,愛因斯坦的智商高達180以上,尤其是愛因斯坦的一個個理論著作,都被一一的實現,可以說愛因斯坦是19世紀最偉大的科學家,但是你們視乎有沒有發現,愛因斯坦如此的豐功偉績,為什麼沒有用愛因斯坦的名字做單位,好讓後人懷念呢?