愛因斯坦偉大,僅僅是因為相對論?(前篇)

2020-12-06 小彭來給您解惑

前面我寫了很多廣義相對論的文章,加起來估計有20多篇,其中詳細介紹了狹義相對論的起源,推理過程,以及其內涵和場景。今天我想聊聊愛因斯坦的偉大之處到底體現在哪些地方。難道僅僅是因為愛因斯坦發現了相對論?

其實愛因斯坦在發現狹義相對論後,雖然對顛覆了人類長久以來的直覺,但是有個東西並未改變,那就是探索物理規律的技術路線。什麼叫做探索物理規律的「技術路線」?其實就是指人類在尋找物理規律的整個過程中,經常會用的的一些方法。

其實你此刻可以假象下自己就是一個物理學家,然後你要去探索某個物理現象遵循什麼規律,你會如何做呢?我相信你應該首先是去研究這個物理現象,然後對這些現象做實驗測量對應的數據,然後分析數據遵循啥規律,最後慢慢會發現這個現象滿足一個某某公式,一旦公式被提出來,接下來就繼續做實驗獲取數據來驗證這個公式是否正確。

沒錯!你的探索思路和當時主流的物理學家探索思路是一致的。其實人類研究物理規律的技術路線基本可以這樣概括:發現現象——做實驗——統計數據——分析數據——總結數據之間的規律——提出物理公式——驗證物理公式——規律探索完畢。

大家發現這個技術路線有啥特點沒?沒錯,這個技術路線最大的難點就是第五步:總結數據之間的規律。為啥這麼說呢?舉個簡單的例子,牛頓當時發現萬有引力公式其實是經歷了這幾個階段。首先牛頓發現兩個星球之間居然有相互靠近的趨勢,說明有一個力在拉彼此。其次牛頓發現兩個星球距離如果越遠,這個力的作用就越小,所以大致猜到力的大小和距離是反相關的。再次牛頓發現兩個星球的質量如果很大,那麼引力就會越大,所以牛頓再次猜測力的大小和兩個星球質量是正相關的。所以有了以上的分析和總結,牛頓就可以大致斷言萬有引力公式肯定是類似於這種表達式: F=Mm/r。 其中F是引力大小,M和m是兩個星球質量,r是兩個星球距離。

但是通過實驗數據檢測發現剛剛的公式好像並不成立,於是牛頓繼續探索猜測,最終發現原來萬有引力公式是F=G*M*m/r^2。其實大家可以看出最終的萬有引力公式和最開始的猜測公式很相似了。這就是傳統物理學家探索物理規律的技術路線:先看數據,然後猜公式,然後繼續一步一步驗證,最終把公式給猜出來。

但是大家發現沒?這種探索物理規律的方法,其實是非常簡單粗暴的,因為當物理規律的公式如果變得非常複雜,那麼通過看數據來猜公式就會變得非常麻煩,前面的萬有引力公式其實本身並不複雜,所以通過看數據,結合自身的數學功底,物理規律的公式還是能被猜出來。但是如果公式本身有很多參數,且公式所展示的關係不是線性關係,而是非常複雜的非線性關係,猜公式就變得很困難了,比如愛因斯坦的廣義相對論場方程,這個場方程是由12個非線性偏微分方程組成,如果僅僅去靠愛因斯坦通過測量數據去一點一點總結和猜,估計猜個100萬年也別想猜出來。那麼愛因斯坦是如何精準給出了場方程組呢?哈哈其實愛因斯坦是有秘籍的,愛因斯坦發現狹義相對論,的確是靠傳統的猜公式技術路線搞出來的,但是發現廣義相對論,卻是用了當時人類史無前例的方法,從而精準給出了場方程組。

用這種方法來探索物理規律,可以說是事半功倍,而這種探索規律的技術,是愛因斯坦發明的,愛因斯坦之所以偉大,並不僅僅是發現了相對論,更重要是發現了一種非常牛頓高效的探索物理規律的方法和技術,藉助這種方法,愛因斯坦發現了廣義相對論。這種非常厲害的探索物理的方法到底是啥?下一期來揭曉答案。

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  • 愛因斯坦偉大,僅僅是因為相對論?(後篇)
    上一篇文章我講解了愛因斯坦偉大的地方,其中談到的一個核心點就是:愛因斯坦發明了一種全新的探索物理規律的方法。那麼這一期我就來揭曉這種方法到底是啥?當然有,那就是愛因斯坦發明的方法。愛因斯坦最開始發現了狹義相對論,也就是時間和空間的相對性,其對應的公式也不複雜,無非就是洛倫茲變換+時間膨脹公式+長度收縮公式等等,一共沒幾個,而且每一個公式都很簡單。因為狹義相對論的學術成果都是用傳統方法猜出來的。
  • 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?
    可問題就來了,愛因斯坦為什麼沒有因為他最大的科學成相對論而獲獎?1905年的愛因斯坦奇蹟年這事要從1905年說起,在這一年,愛因斯坦一口氣發表了4篇極具開創性的論文。它們分別是布朗運動、光電效應、狹義相對論、質能等價。
  • 愛因斯坦最偉大的勝利:一個廣義相對論的世紀!
    愛因斯坦最偉大的勝利:一個廣義相對論的世紀!斯隆數字巡天中星系分布的部分地圖,距離70億光年。我們今天觀察到的星系聚類量是重力作用於宇宙時間的標誌,並允許測試廣義相對論是否適用於這些尺度。1915年11月,阿爾伯特愛因斯坦發表了四篇論文- 每篇論文相隔一周,然後是1916年3月的一份總結論文 - 他在論文中提出了他的廣義相對論,並吹響了人類的集體思想。愛因斯坦早期的狹義相對論(1905年)已經足夠令人困惑,因為它與空間和時間有著千絲萬縷的聯繫。
  • 事實證明:愛因斯坦又對了!致敬偉大的廣義相對論!
    最新研究再次證明愛因斯坦是對的!搖擺的脈衝星證實了廣義相對論!最新觀測顯示,在距離我們25000光年外的脈衝星正在以一種奇怪的方式搖擺,這種現象立刻在科學界引起了大量關注並為之震撼。因為在一個多世紀前,愛因斯坦的廣義相對論就已經預言了這一現象。
  • 僅僅25句話,卻包含了愛因斯坦一生的偉大思想
    阿爾伯特愛因斯坦,普林斯頓大學最偉大的科學家之一。多少年來,愛因斯坦的名字已經成為天才的代名詞。在他的一生中,愛因斯坦改變了世界,他描述了自牛頓以來最優秀的現實世界,並揭示了原子彈的能力。1999年,時代將他命名為「世紀之人」。
  • 愛因斯坦相對論
    愛因斯坦的一位偉大的科學家,繼牛頓萬有引力定律後,又一位物理學奠基者。讓現代物理學有了更加開闊的發展。愛因斯坦最偉大的成就,狹義相對論,廣義相對論。相對論,從字面理解,力學是相對的,能量守恆定律,相對而言。當一個物體接近光速運行時,相對物體來說,時間會變慢。當物體等於光速運行時,時間就會停止。時間停止後,就可以實現穿越時空,回到過去,來到未來。兩個運動的物體,作為參照物,相對而言,對其他靜止的物體,速度也就不一樣。兩輛汽車都以時速30公裡平行行駛在公路上,對於車上人,和兩輛車來說,是靜止不動的,對於路邊的樹來說,汽車在運動。
  • 世界上最偉大的物理學家,相對論的創立者愛因斯坦
    1879年3月14日,阿爾伯特·愛因斯坦出生於德國慕尼黑附近一個著名的小城鎮烏爾姆,父母都是猶太人。愛因斯坦的父親是一個小商人,對傳統文化如痴如醉,總是沉醉於席勒、海涅的作品中。愛因斯坦的母親賢惠能幹,從小受過良好的教育,喜歡文學和音樂。
  • 什麼是相對論?愛因斯坦到底破解了什麼秘密?
    愛因斯坦沉思了片刻,對他們說,現在我和一位漂亮的妙齡金髮女郎坐在一起聊天,哪怕時間過去了1個小時,我也感覺僅僅過去了3分鐘。我又面對著一個燃燒著熊熊火焰的火爐,雖然才過去了3分鐘,但是我感覺過去了1個小時。愛因斯坦的這個有趣的比喻引發了哄堂大笑,大學生們紛紛鼓掌。
  • 愛因斯坦相對論那麼偉大,為什麼沒有獲得諾獎?說出來你別不信
    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。這個人因為出了車禍,諾獎委員會覺得他的成就是還在太大,所以,臨時安排給他頒獎,通過外交大使在給病床上的朗道頒獎。
  • 愛因斯坦的相對論,為何被諾貝爾獎拒之門外,難道相對論不夠資格
    提起愛因斯坦,我們首先想到的就是他的相對論!這是改變世界的偉大理論,它和量子力學組成了現代科學的兩大基石。不管在誰看來,相對論都是諾獎級別的科學理論!但是,愛因斯坦獲獎,卻不是因為相對論!而是因為光電效應!這個結果是出乎所有人意料的,誰都沒有想到,相對論竟然無法獲獎。那這是為什麼呢?
  • 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。
  • 愛因斯坦與相對論的相愛相殺
    所以我懷著本能的好奇心去探求愛因斯坦和他相對論的故事。今天是我正式分享知識的第一天,我思前想後,考慮許久,決定從我兒時未盡的夢開始。相信許多人都有過當科學家的夢想,我也不例外,我是因為我兒時在母親懷裡聽故事時第一次聽到科學家這個詞然後對它充滿了無限聯想,雖然現在還是一名文科生,不過我還是擋不住我對物理學這座大廈的濃厚興趣,所以,我懷著本能的好奇心去探求愛因斯坦和他相對論的故事。
  • 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。
  • 相對論為啥不可以被推翻?愛因斯坦破解了什麼秘密?
    有一次,愛因斯坦被邀請到加州大學演講,下面坐了一圈他的粉絲,都是大學生。大學生們就問愛因斯坦,據說相對論非常的晦澀難懂,您能不能簡單地描述一下它到底是什麼意思?愛因斯坦沉思了片刻,對他們說,現在我和一位漂亮的妙齡金髮女郎坐在一起聊天,哪怕時間過去了1個小時,我也感覺僅僅過去了3分鐘。我又面對著一個燃燒著熊熊火焰的火爐,雖然才過去了3分鐘,但是我感覺過去了1個小時。
  • 相對論為何沒讓愛因斯坦獲得諾貝爾獎?
    提起愛因斯坦,很多人首先都會想到相對論。從研究對象來分,相對論一共分為2種:狹義相對論和廣義相對論。不過,它們都顛覆了現代物理學,直接催生出了量子力學,徹底奠定了現代物理學的基礎。一直到今天,愛因斯坦的很多「奇思妙想」,比方說多維時空、時空隧道等等,都被人廣泛的研究和討論。
  • 愛因斯坦的廣義相對論講的是什麼?
    1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,狹義相對論的時空觀已經顛覆了經典時空觀,但是狹義相對論有一個非常大的缺陷,就是只能描述慣性系,無法描述非慣性系。狹義相對論的主要工作完成後,愛因斯坦著手把相對論推廣到非慣性系,在愛因斯坦苦思之時,腦海裡閃過一個想法——電梯思想實驗。
  • 愛因斯坦真的有傳說中那麼偉大嗎?他的成就有多重要呢?
    愛因斯坦究竟是多麼偉大的科學家呢?他有哪些成就?為什麼那麼多人都認為愛因斯坦是人類史上最偉大的科學家,今天就在這裡好好的說下愛因斯坦有哪些重量級成就。僅僅26歲的年紀就做出了這麼多的成就,天才是不需要任何解釋的。
  • 愛因斯坦的「狹義相對論」
    愛因斯坦提起愛因斯坦,可謂是家喻戶曉,但是關於他提出的「狹義相對論」,又有多少人知道呢?狹義相對論包含了兩個基本原理:狹義相對性原理和光速不變原理。所謂狹義相對性原理就是說所有物理定律在所有慣性參考系中都是有效的;光速不變原理就是說光總是以一個確定的速度傳播,傳播速度的大小與光源的運動狀態沒有關係。在經典力學中,物體的運動速度跟觀察者所處的慣性參考系統有關,而光速不變原理卻與之不相容。有了這兩條基本原理,我們才能更好地理解狹義相對論。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。但是,乍一看,GRT是不是真的很複雜?如何理解廣義相對論?愛因斯坦的廣義相對論可以用幾個字來表達:「時空告訴物質是如何運動的;物質告訴時空是如何彎曲的。」但是,物理學家約翰·惠勒的這一簡短描述隱藏了一個更為複雜、更深刻的真理。
  • 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?
    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!