霍金理論是求解相對論!如果沒有愛因斯坦,相對論還會被發明嗎?

2020-12-03 科學認識論

首先說一下題目,相對論在認識論的角度上就是發明的!以後專門開一篇文章講解一下。其實說相對論是發現的也是正常描述,因為日常生活邏輯認為相對論是蘊藏在宇宙中的規律!而哲學界(分派別)更偏向相對論是發明出來量化世界規律的一種工具!為了大家便於閱讀,文章中使用「發現」一詞(這個問題暫不討論了)

愛因斯坦是20世紀最偉大的科學家,這一點沒有任何爭議。而霍金的去世恰好撞上愛因斯坦的生日。兩個偉人就以這樣的方式「重聚」了。霍金的去世也刷爆了朋友圈,愛因斯坦的話題也順帶被引爆了。輿論一邊倒的認為愛因斯坦是超級大牛。但是你對他的認知客觀嗎?其實愛因斯坦也是人,並不是神!有人說,沒有了愛因斯坦,相對論就不會被發現?那麼這句話到底正確嗎?

事實上,對這個問題的客觀回答一定要從物理學史的角度出發。有的人說,沒有愛因斯坦就不會有相對論,這就是沒有系統學習過的物理史造成的誤解。

其實愛因斯坦在1905年正式提出狹義相對論之前,洛倫茲和龐加萊已經很接近發現相對論了。

1887年,麥可遜莫雷實驗已經表明了光速不變和以太不存在。隨後洛倫茲用光速不變的實驗結果拓展了伽利略變換,這就很好的解決了麥克斯韋方程組在伽利略變換中的不協變性。但是洛倫茲受到牛頓力學的影響太過頑固了,他始終不願脫離經典力學來看光速問題。在他眼裡,以太還是存在的。儘管物體相對光線的運動方式如何改變,光速的不變性只是物體自身改變引起的,和時空沒有關係。其實洛倫茲的思想已經很接近相對論了,可惜他太保守了。其實龐加萊曾經試想這其中的問題可能是由於時空引起的。但是他並沒有發表正式的論文論述自己的思想。直到愛因斯坦才大膽的提出來了相對時空觀。這也標誌著狹義相對論的建立。

但是狹義相對論沒有考慮到引力。愛因斯坦在隨後的十年內一直試圖解決這個問題。他曾經開拓性的做了一個名為「等效原理」的思想實驗。該實驗結果認為引力質量和慣性質量是等效的。等效原理的誕生,也標誌著狹義相對論將成功的納入引力。這其中的功勞都屬於愛因斯坦,但是在建立廣義相對論的引力場方程時,愛因斯坦在數學上的欠佳卻拖累了他,導致他在建立引力場方程的時候用了很久的時間,最後創立引力場方程的問題關鍵純粹上升到一個數學問題上,但他還是較獨立的完成了引力場方程,當然數學家希爾伯特也對此有所幫助。

但是廣義相對論的思想來源全都屬於愛因斯坦,其他人只是在數學工具上給予了愛因斯坦幫助。而霍金有關黑洞中心的奇點理論就是根據廣義相對論的推算而得出的!

可以說:沒有愛因斯坦狹義相對論的發現會推遲頂多5年,而廣義相對論的發現可能會推遲30年之久。畢竟廣義相對論是愛因斯坦個人力挽狂瀾的結果,而狹義相對論的誕生在當時卻是迫在眉睫的。

相關焦點

  • 如果沒有愛因斯坦,那麼相對論還能被發現並提出嗎?
    愛因斯坦在1905年提出了狹義相對論(論動體的電動力學),1916年正式發表了廣義相對論。在提出狹義相對論之前,洛倫茲、麥可遜-莫雷實驗等等都給了愛因斯坦啟發,在他們的基礎之上,愛因斯坦果斷的拋掉了以太概念,以光速不變為假設提出了區別於牛頓時空觀的新的時空理論。按照這個理論的成型來看,即便愛因斯坦沒有提出,我想幾年之內還會有人提出,因為這個理論已經呼之欲出了。
  • 為什麼廣義相對論無法被完全精確求解?
    從牛頓到愛因斯坦,物理學發生了革新性的變化,愛因斯坦的相對時空觀替代了牛頓的絕對時空觀。但從理論上講,愛因斯坦的方程也是確定的:如果能知道宇宙中每個粒子的質量、位置和動量,就能計算出任何粒子在未來的狀態。儘管物理學家可以寫出控制這些粒子在牛頓宇宙中如何行為的方程,但在廣義相對論控制的宇宙中,物理學家無法做到這一點,因為廣義相對論永遠也無法精確解出來,這是為什麼呢?
  • 如果沒有愛因斯坦,《相對論》會被推遲多久才提出?
    到目前為止,還沒有發現超越時代背景而提出跨時代的理論。牛頓力學,相對論以及量子力學都是基於時代背景的。沒有愛因斯坦,狹義相對論的發現應該會推遲5~10年,而廣義相對論可能就推遲的時間比較長了,我認為這個尺度應該是10~50年。
  • 黑洞、諾貝爾獎與相對論、愛因斯坦
    在此基礎上愛因斯坦發展出了狹義相對論,觀察者處於慣性系中,彼此相對有速度,但沒有加速度;繼而又擴充到非慣性系中,發展為廣義相對論。如果說理解相對運動需要中學物理水平,狹義相對論則是大學水平,廣義相對論則到了研究生水平。
  • 霍金老搭檔彭羅斯89歲獲諾獎,霍金如果沒去世,有可能獲得嗎
    愛因斯坦的廣義相對論出來之後,「愛因斯坦場「方程中,愛因斯坦沿用的是傳統的直角坐標系,所以對一個對稱的、不自旋、不帶電荷的有質量球體進行計算,只能給出一個近似解。在這一點所有可觀測物理量都是發散的,物理定律失效了,包括廣義相對論,物理學家們需要一個更好的理論來取代廣義相對論。
  • 霍金老搭檔彭羅斯89歲獲諾獎,霍金如果沒去世,有可能獲得嗎
    愛因斯坦的廣義相對論出來之後,「愛因斯坦場「方程中,愛因斯坦沿用的是傳統的直角坐標系,所以對一個對稱的、不自旋、不帶電荷的有質量球體進行計算,只能給出一個近似解。 而史瓦西在看了愛因斯坦場方程之後,則另闢蹊徑,他引入的坐標系類似於極坐標系,從而可以得出精確解。他將自己的研究成果寄給愛因斯坦,得到了愛因斯坦的誇讚。
  • 什麼是相對論?愛因斯坦到底破解了什麼秘密?
    相對論學說,可以分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論被理解起來比較簡單一些,據說即使沒有愛因斯坦的存在,再過二三十年,狹義相對論也會出現。但如果沒有愛因斯坦,廣義相對論將不會在幾個世紀內出現。也就是說,僅憑愛因斯坦一個人,他就提前把原本幾個世紀以後才有的科學理論帶到了人間。可見愛因斯坦的天才程度。
  • 愛因斯坦相對論支持時光倒流嗎?為什麼霍金《時間簡史》可以?
    而愛因斯坦的狹義相對論對時間的描述卻只說了一半,而霍金的《時間簡史》又列舉了好多關於回到過去的可能性,到底能實現不,如果可以,種花家就打算帶著彩票號碼回到過去了,哪怕是回到一天前也是極好的!為什麼說狹義相對論只說了一半?
  • 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?
    但是你真的以為他在那一年一下子成為了物理學界的霸主了嗎?實際上並沒有,當愛因斯坦發表了這些論文之後,只是在學術界小範圍內有一些物理學家關注到了,並沒有引起很大的轟動。那為什麼會這樣呢?愛因斯坦的「諾獎」後來,到了1915年,愛因斯坦在狹義相對論的基礎上又提出了廣義相對論。但這個時候,他還是沒有一舉成名。其實這個時期的愛因斯坦也很焦慮,他也想驗證自己的理論。後來,到了1919年,天文學家愛丁頓通過觀測沙羅日全食證明了廣義相對論比牛頓理論所預言的光線偏折的精度更高,誤差更小。
  • 正《相對論》與《反相對論》都是霍金物理學的統一!
    我是《正反萬能大統一理論》發明人張可海。今天主要講正反概念的《正《相對論》與《反相對論》都是霍金物理學的統一!也就是《正《相對論》+《反相對論》=正反大統一相對論》》。本文詳見我們的理論專著《大統一理論與霍金對話》第381——386頁。
  • 為什麼愛因斯坦的相對論沒得諾貝爾獎?是相對論的價值太低嗎?
    我們知道,愛因斯坦是一個偉大的理論物理學家,他曾因為解釋了光電效應,而獲得了1921年的諾貝爾物理學獎,但我們更加熟悉的,應該是愛因斯坦的相對論。奇怪的是,相對論卻沒有讓愛因斯坦再次得到諾獎,是因為相對論的價值不配得到諾貝爾物理學獎嗎?今天我們就來看一下。
  • 相對論講了什麼?相對論為什麼不能被推翻?
    相對論學說,可以分為狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論被理解起來比較簡單一些,據說即使沒有愛因斯坦的存在,再過二三十年,狹義相對論也會出現。但如果沒有愛因斯坦,廣義相對論將不會在幾個世紀內出現。也就是說,僅憑愛因斯坦一個人,他就提前把原本幾個世紀以後才有的科學理論帶到了人間。可見愛因斯坦的天才程度。
  • 相對論為啥不可以被推翻?愛因斯坦破解了什麼秘密?
    但如果沒有愛因斯坦,廣義相對論將不會在幾個世紀內出現。也就是說,僅憑愛因斯坦一個人,他就提前把原本幾個世紀以後才有的科學理論帶到了人間。可見愛因斯坦的天才程度。所以,如果民科想否認相對論,想否認光速不變原理,請首先從數學領域入手。
  • 關於廣義相對論的數學理論
    如何處理這個問題呢,由於愛因斯坦場方程是一個張量方程,從而在求解度規張量時必須添加4個坐標條件, 僅此而已。這一點實際上是與廣義協變性一脈相承的, 因為後者意味著引力場方程及其解允許對 4 個時空坐標作任意變換, 從而只有在添加 4 個坐標條件後才能得到確定的解。) 實際上,關於愛因斯坦和希爾伯特對於廣義相對論的優先權之爭就是圍繞著誰先寫下了這個方程。
  • 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。
  • 關於黑洞:愛因斯坦廣義相對論這回或錯了,對的是霍金
    Space網站刊文稱,通過對探測引力波的數據進行認真研究,兩名物理學家認為,他們發現可能存在一種新型黑洞的證據:不符合根據愛因斯坦廣義相對論推導出的光滑的黑洞模型。▲可能存在一種黑洞,違背愛因斯坦的廣義相對論,但符合霍金的黑洞理論在廣義相對論中,黑洞是一種簡單的天體:被無限壓縮的奇點,四周是光滑的事件視界,光線、能量或物質都無法穿過事件視界而逃出黑洞的「魔爪」。在此之前,我們收集的所有有關黑洞的數據,都支持廣義相對論黑洞模型。但在20世紀70年代,霍金髮表的一系列論文表明,事件視界沒有那麼光滑。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼理論?
    簡單來說,愛因斯坦在一百多年前創立的廣義相對論是一種引力理論,描述宇宙中天體的引力作用。關於引力理論,我們最早接觸到的是牛頓在17世紀提出的萬有引力定律。那麼,愛因斯坦的引力理論與牛頓的有什麼區別呢?天文學家通過觀測發現,水星近日點進動的觀測值與通過萬有引力定律計算出來的結果存在一些差異,觀測值與理論值每個世紀相差43秒,這遠大於觀測誤差,所以必然是理論出了問題。直到20世紀初,愛因斯坦提出了廣義相對論,水星近日點進動問題才得到完美的解釋。
  • 愛因斯坦相對論錯了?超弦理論又是什麼
    大家都知道愛因斯坦創立的兩大複雜的理論,狹義相對論和廣義相對論。這兩大理論構成了當代關於地球認識的基礎,有一個形象生動的比喻,就是兩兄弟對坐在火爐面前,如果此時有一個美女,那麼他們就不會覺得這個火的溫度是烤人的。
  • 愛因斯坦與廣義相對論
    也只有他看清了新理論的本質,認識到相對論實際上是一個時空理論。洛倫茲起初反對愛因斯坦的理論,為了區分自己的理論與愛因斯坦的理論,他給愛因斯坦的理論起名為「相對論」。不過,後來洛倫茲還是承認並接受了相對論。龐加萊則至死也沒有承認相對論,他對愛因斯坦的評價也不算高,這可能與他去世較早,沒有來得及深入思考相對論有關。
  • 愛因斯坦的相對論和原子彈的發明究竟有著什麼樣的聯繫?
    原子的分裂現象是30年代德國人首先發現的,而且注意到原子分裂時的能量釋放現象,但這只是現象觀測,而不是理論上的清晰解釋,如果在理論上沒有清晰明了的解釋的話,就難以吸引全球頂尖科學家進入原子能界進行進一步研究,而沒有龐大的科學家群體的背書,美國或者其他實力國家就不敢於投下巨大人力物力去實際研究原子彈,畢竟任何政府不可能在沒有清晰的理論指導下,就貿然去進行這類國家級的工程