參照系?狹義相對論並沒有擺脫牛頓的時空觀

2021-01-13 布愛因斯坦

狹義相對論的基礎是洛倫茲變換,在洛倫茲做完變換之後,就把它丟在一邊,因為看著那些不著四六的結論覺得很荒唐,覺得這種變換就是變著玩的,沒有任何意義。但愛因斯坦並不這樣看,他拿來結論看看,覺得可以自己解釋一下,沒準就有人信了。其實愛因斯坦本人並沒有去詳細推敲這種變換所涉及的許多的概念,諸如時間與時鐘,尺子與長度,參照物與參照系,矢量與標量。這些貌似相似卻又截然不同的概念是最最基礎的概念,一旦混用,其結論就是偷梁換柱,荒謬荒唐。

我們看看參照系,為啥會有參照系的概念?通常參照系被描述成x、y、z立體的、三維無限延伸的、三個相互垂直的坐標軸,應該是以O為原點的,無限向遠處延伸的無窮大的空間。而在這個空間內,任何物理定律都是一樣的。通過上一篇文章的討論,如果某一區域被稱之為參照系,其中所研究的速度必然是與方向無關的標量速度。在一個三維空間內,考察的速度不再關心方向,說明參照系之內必然充滿介質,曾經稱之為以太,到愛因斯坦之後就改稱時空。

我們可以想像一下,宇宙間充滿海水的樣子,如果魚在裡面遊動。我們說魚是以5米每秒的速度遊動,這裡沒有提到其遊動方向,說明它是相對介質的,它的鱗片就與海水直接接觸,海水是無窮無盡的,所以無論它怎樣遊動,它的鱗片都是與海水相對速度是5米每秒。而且海水是均勻的,不流動的。以上我的所述的結論就是,如果引入參照系的概念,那麼它必然是包含一種均勻的、靜止的介質。如果不是這樣,那參照系就不能成立。

我們看看牛頓的空間觀:絕對空間,在其本質上與外界的任何東西都無關,永遠保持其為等同的而且不動的。這和在引入參照系時有意無意間引入的時空觀是完全一樣的,因為參照系就是牛頓時空觀的必然產物。

更加有趣的事情在後邊,與該參照系在某一方向上相對運動的又一個參照系,那麼,這個參照系同樣是三維空間上無窮無盡的,含有靜止、均勻介質的廣緲空間,兩個參照系都是等同的等價的。也就是說,如果你只要具備了一個速度,那麼以你為中心,就可以構成廣緲無垠的參照系,也就構成了自己的宇宙。兩個相對運動的物體就構成兩個宇宙,兩個宇宙各自有各自的時間空間標準,其實就是兩個平行宇宙。

引入參照系的概念,並沒有擺脫牛頓的時空觀,只是牛頓的宇宙是唯一的,愛因斯坦的宇宙是無窮多個。

相關焦點

  • 愛因斯坦的狹義相對論到底什麼意思?如何通俗地理解?
    通俗的語言來講,狹義相對論就是建立在兩個基本前提下推導出來的理論,這兩個前提就是光速不變原理和等效性原理,其中光速不變原理是非常重要的一點,講的是光速與光源以及光源的運動狀態沒有關係,它是一個常數,在任何運動狀態和參照系下都是光速!
  • 通俗易懂講解愛因斯坦狹義相對論,看完對世界的理解提升N個檔次
    相比起艱澀難懂的廣義相對論,愛因斯坦在 1905 年提出的狹義相對論其實並沒有像我們想像的艱深,那麼狹義相對論究竟講的是什麼呢?今天我就用通俗易懂的方式帶大家了解一下!狹義相對論提出的背景1687 年,牛頓發表了《自然哲學的數學原理》,標誌著經典力學的建立,牛頓經典力學在很長時間裡都成為了物理學家心中的聖經與權威。牛頓的經典力學的核心是伽利略變換,伽利略變換是經典力學中用以在兩個只以均速相對移動的參考系之間變換的方法,屬於一種被動態變換。
  • 廣義相對論和狹義相對論
    講到這裡,愛老爺爺怕是被我氣的棺材板都壓不住了,下面來說一點正經的吧牛頓和愛因斯坦可以說是人類歷史上最重要的兩位物理學家,先來說說牛頓。人類早期的知識體系常常使用「故事」構成理論,採用文字敘述。例如摩尼教提出的基本原則是,認為世界是善與惡的對立,兩股力量不斷作戰,但是並沒有用圖表或者計算方式來說明各方到底有多少力量,人要做出怎樣的選擇。
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    愛因斯坦大學是時候基本上沒怎麼去上課,都在研讀麥克斯韋的電磁學理論,畢竟美的不像人間產物的麥克斯韋方程組對一個喜歡物理學的人吸引力實在太大了;另外,愛因斯坦從馬赫、休謨、龐加萊等人的著作中掌握了批判的思想,讓他可以徹底擺脫絕對時空觀的束縛(當時有多少物理學大牛隱隱約約都發現了狹義相對論的一些東西,洛倫茲甚至都推出洛倫茲變換了,但是就是因為無法擺脫絕對時空的束縛而與相對論失之交臂
  • 如何理解狹義相對論
    狹義相對論的科普文汗牛充棟,但反相的奇文也不缺,為何會這樣?狹義相對論是一個刷三觀的好例子,因為相對論顛覆了人們粗淺的自以為是的經驗常識,人們在日常生活經驗中,通常會自然而然產生絕對時空觀,絕對時空觀認為時間與空間的度量與慣性參照系的運動狀態無關,同一物體在不同慣性參照系中觀察到的運動學量(如坐標、速度)可通過伽利略變換而互相聯繫。
  • 經典力學和電動力學的調和者,狹義相對論的核心——洛倫茲變換
    麥克斯韋方程組構建了電動力學的基石,但卻和牛頓的經典力學產生了矛盾。麥克斯韋建立的電動力學,有一個結果就是光速在不同慣性系是不變的,這個結果和經典力學的伽利略變換是相矛盾的。伽利略變換是經典力學中用以在兩個只以均速相對移動的參考系之間變換的方法,屬於一種被動態變換。伽利略變換構建了經典力學的時空觀。
  • ——否定相對論時空觀
    摘要:狹義相對論無光速不變真實物理支持,不是光物理實在物質系統運動的真實物理。與光速不變的物理毫無物理邏輯關係。狹義相對論時空觀不是真實物理的時空觀。一個多世紀來牛頓的科學的絕對時空觀被錯誤的相對論貶為錯誤的,因為愛因斯坦依據「光速不變原理」,推出「狹義相對論時空觀」:「光速不變,宇宙時空必然相對化」:時空都是相對的,沒有獨立的時空觀,即沒有絕對的時空觀!「相對論」喧鬧聲掩蓋了絕對時空觀的科學性!
  • 狹義相對論到底說了些什麼?
    要了解是什麼狹義相對論,實際上,要從「運動」說起。狹義相對論的背景這件事其實是這樣的,伽利略的時代,他其實一直在思考一個問題。這其實和日心說與地心說的巔峰對決有關。或者說,你可以取任何一列火車為參考系,則另外一列在動。這後來,也被我們稱為伽利略變換,或者相對性原理。後來,牛頓就借用了伽利略變換(不過這裡要補充一下,牛頓其實觀點還是和伽利略有所不同的),建立牛頓理論體系。在這個體系內,我們應該知道的是研究運動是需要選取一個參考系的,所以運動其實是相對的。
  • 很多人認為相對論很深奧,如何通俗地理解愛因斯坦的相對論?
    愛因斯坦的相對論分為狹義相對論和廣義系相對論,狹義相對論適用於慣性參照系,忽略了引力的作用,而廣義相對把慣性參照系擴展到任何參照系,把慣性質量等效為引力質量!
  • 速度越大物體的質量越大,這是在狹義相對論中成立嗎?
    速度越大質量越大在廣義相對論中成立嗎?在狹義相對論是成立的吧。先來簡單說說狹義相對論與廣義相對論的區別。一、在狹義相對論中,有註明的假設:光速不變原理和狹義相對性原理。【光速不變】無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458 米/秒。
  • 從狹義相對論產生的歷史深層背景看它的物理意義與科學價值
    參照系選擇與速度合成問題是狹義相對論建立與討論的起點,也是重點;愛因斯坦通過光速不變假設,將洛倫茲變換納入了他的速度合成體系,但縱觀相對論就會發現,愛因斯坦所建立的速度合成體系是混亂的,他由此推出的所謂空間收縮,時間變慢等都是這一混亂體系造成的;他的理論不是對物質運動物理機制的描述,而是在運用數學推理來編制物質運動規律。
  • 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。
  • 牛頓和愛因斯坦的時空觀,一個主張絕對一個主張相對,誰是對的?
    到了十六世紀,牛頓提出了絕對時空觀,進入20世紀愛因斯坦提出了相對論,兩種不同的觀點都解釋了時間與空間的關係。如果現在問大多數人什麼是「時空」,相信很多人都會回答是時間和空間的集合體,這也意味著時間和空間是緊密聯繫的。
  • 通俗理解狹義相對論的兩個基本原理
    因為相對論,電磁場理論不僅能夠成立,而且還能描述高速運動現象。所以我們在討論場時,不能忽視狹義相對論的兩個基本原理。創立狹義相對論的背景人們從傳統的時間、空間和運動的觀念出發,看到電磁現象是不服從伽利略相對性原理的(牛頓力學的核心雖然是絕對時空觀,但牛頓依然承認伽利略的相對性原理,因為牛頓認為絕對時空觀說的是空間本身,並不指個體的運動)。
  • 愛因斯坦是如何想到狹義相對論的?
    在狹義相對論被發現的過程中,不少科學家都已經接近相對論,所以愛因斯坦自己都說過:如果我不發現狹義相對論,2年後也會有人發現。因為當時的科學發展,從牛頓力學和電磁學已經無法解釋光速不變這一現象,但是無數實驗又告訴我們,光速就是不變的,所以人們只需要改變自己長久以來的常識,並默認光速不變這一事實,都可以推出狹義相對論。
  • 狹義相對論中,那些令我們匪夷所思的時空觀
    先來看一下這張圖,這是洛倫茲變換的四維時空坐標系。S』系和S系是兩個不同的慣性系,各坐標分別是以三維空間和時間為坐標。可以說,洛倫茲變換是狹義相對論時空觀的集中體現。我們先設定兩個事件,事件一和事件二。如果兩個事件在S系中同時同地發生,那麼由此圖我們可以看出,在S』中也是同時發生的。
  • 狹義相對論的困難,驚心動魄的十年
    但是,當時洛倫茲對這些公式的物理解釋還停留在牛頓時代,他認為存在著絕對空間,而公式中的變換後的時間不是真正的時間。並且,當時他還反對愛因斯坦的時空觀,為了區別兩者的理論,洛倫茲把愛因斯坦的理論稱為「相對論」,於是這個名字就保留了下來。在享受狹義相對論的成功帶來喜悅的同時,愛因斯坦清醒地認識到,他的理論存在著兩個方面的不足。
  • 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。
  • 在當時沒有事實驗證的情況下,愛因斯坦為何可以提出相對論?
    愛因斯坦的相對論,尤其是狹義相對論的誕生過程很多人並不太了解,會認為狹義相對論是愛因斯坦一個人的功勞,是愛因斯坦天才大腦的結晶!因為直到今天,也並非所有的科學家都認同是愛因斯坦創立的狹義相對論,有些科學家認為龐加萊或者洛侖茲比愛因斯坦更早創立了狹義相對論,科學界確實存在著這種爭議。這說明什麼?說明狹義相對論的誕生條件早已經相當成熟了,即使沒有愛因斯坦,狹義相對論也會很快誕生。
  • 狹義相對論基本思想及概念梳理(上)
    相對論和量子力學是現代科學的兩大基礎,前者顛覆了物理學中的時空觀,後者顛覆了物理學中的因果律。最近看了點相對論和量子力學的書,本文就狹義相對論的思想和概念做個梳理,不涉及數學形式-偏微分方程的推導。這是一篇讀書筆記,就是撿我覺得重點的寫一寫,有疑惑或不了解的背景知識,你得去問度娘。