狹義相對論剛發表,就遭到科學家冷眼!112年後,依舊難以理解

2021-01-13 科學認識論

我們的故事從愛因斯坦畢業之後談起。像許多應屆畢業生一樣,愛因斯坦也面臨求職難的問題。還好愛因斯坦走了關係,一個朋友介紹他到瑞士專利局工作。愛因斯坦很快接受了這個工作,並從基層做起了專利局的小職員,每天面對成百上千的專利申請。工作性質也決定了愛因斯坦有更多的時間來思考自己喜愛的宇宙問題。

1905年,愛因斯坦依舊是個小職員,但是他在這一年裡卻先後發表了劃時代的五篇論文。其中一篇論文回答了人類長期以來迷惑的問題——「光是什麼?」,愛因斯坦在這篇論文裡論述的就是我們常說的光電效應,論文首次提出了光量子概念,也就是光子。另一篇是關於原子的論述。還有一篇就是我們最熟知的質能方程,其方程E=mc,這個簡單而幹練的方程卻揭示出了宇宙最驚人的一個秘密,一個質量很小的物體也可以包含著巨大的能量,這也為原子彈的研製提供了理論依據。但這些都不是最重要的,在這些論文中,也誕生了狹義相對論。所以這一年也被後人稱之為「愛因斯坦奇蹟年」。

愛因斯坦小時候這樣思考過,當他看著倫敦的大本鐘運動時,錶針會變化嗎?當他以光速遠離大本鐘時,光線是不是就追不上他了,那麼這時候再回頭看表鐘的指針,是不是就停留在某一時刻了?這也激發了愛因斯坦對時間本質的思考。1905年,愛因斯坦終於發表了狹義相對論,其指出時間和空間是密切相關的,物體的運動速度越快,其時間就變得越慢。這就是愛因斯坦的時空觀,但當愛因斯坦把自己的論文投稿給各個科學期刊時,卻受到了科學家們的冷漠。沒有人說他錯,也沒有敢承認他是對的。愛因斯坦當時還不屬於科學家群體,在科學家人士看來這不過是一個局外人的自我猜想,其結果卻想顛覆幾百年來牛頓的絕對地位,這簡直太瘋狂了!

很幸運,幾個月後,這篇論述狹義相對論思想的論文落入到普朗克的手裡,並受到了極高的肯定,普朗克認為這個無名小卒不簡單啊,以後肯定大有作為!普朗克是量子力學早期創始人,其在德國有著極高的聲譽,在普朗克的影響下。愛因斯坦的論文很快受到了重視!

但是當時的科學界也沒有幾個人能看懂狹義相對論,大部分科學家對其正確性保持著觀望態度!兩年後,愛因斯坦檢查自己的狹義相對論時,發現了致命的缺陷,那就是狹義相對論只適用勻速運動的世界。而真實的世界全都是加速的,比如人走路,從靜止抬腳走起來的過程是加速的,物體由靜止到運動必然蘊藏著加速過程,世界上可能就不存在勻速運動,勻速運動只是理想模型而已。而一切加速運動必然伴隨著力的作用,比如人能站在地球上是受到地心引力的作用。愛因斯坦此時很糾結,他在自問該怎麼辦?狹義相對論不適應加速運動的世界,也不能解釋引力的本質!

愛因斯坦想啊想,於是又開動了他那無與倫比的大腦。他假設了一個思想實驗:如果一個人跳樓了,他會加速下落,然後摔死,很明顯這是地球重力的作用。但倘若這個人在跳樓的時候被裝到了一個鐵盒子裡,看不到外面,就相當乘坐電梯時,剪斷了上面的繩索,人在電梯裡面下落還能感受到重力嗎?這時候就好像重力被關閉了,愛因斯坦恍然大悟:我的天呀,其實重力並不存在,存在的只是空間彎曲了,跳樓者受到重力向下落只是彎曲的空間壓著他向下運動,他只能朝著地球彎曲的空間運動,越接近地面的空間,其彎曲程度越大!

這時候,愛因斯坦已經完全顛覆了自己的偶像——牛頓。狹義相對論先否定了牛頓的絕對時空觀,廣義相對論又解釋了萬有引力的本質。而牛頓當年並沒有解釋自然界為什麼會存在萬有引力。在牛頓眼裡,這是上帝創造的,你不應該質疑。而愛因斯坦卻說:並不是這樣的,引力其實並不存在,只是有質量的物體彎曲了周圍的空間。太陽彎曲了周圍的空間,地球只能在空間裡運動,而空間本身就是彎曲的,那麼地球就顯得圍繞太陽旋轉!

下篇文章接著講驗證廣義相對論的戲劇歷程!

相關焦點

  • 你能聽懂的狹義相對論
    前2篇簡單講了下黑洞,今天我們來談談相對論,不得不說老愛太牛逼了。1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論,十年後又發表了更牛的廣義相對論,至今已有100多年了,但是他的理論還是讓人難以理解。說狹義相對論之前,先說說幾個物理學牛人。
  • 怎樣理解狹義相對論——狹義相對論簡析
    狹義相對論主要是解決麥可遜-莫雷實驗中得到的光速各向不變的結果裡的速度疊加矛盾的。 空間簡化為一維的二維時空坐標由於時間和空間上的洛倫茲變換預示了光速是宇宙中的極限速度,所以當諸如火箭上發射火箭這樣的速度疊加不能再用經典理論裡的速度疊加,而要用狹義相對論的速度疊加
  • 一口氣搞懂狹義相對論
    在科學史上,1905年被稱為:愛因斯坦奇蹟年。在這一年,愛因斯坦共發表了4篇學術論文,每一篇都是諾獎級別的理論,並且也是開創性的科學成果。其中,在1905年6月30號發表的《論動體的電動力學》,後來也被叫做:狹義相對論。今天是狹義相對論發表的114周年。
  • 1905年,愛因斯坦發表了狹義相對論
    1905年,也就是普朗克發表量子思想之後的第五年,愛因斯坦發表了狹義相對論。這一划時代的物理學成就,最初並不是以舉世矚目的方式出現在科學界,而像是無人問津的野花。這朵花是曇花一現還是流芳百世?只有少數物理學家關心此問題。
  • 兩個小故事能否增加你對狹義相對論的簡單理解
    狹義相對論的兩個基本假設1.愛因斯坦相對性原理:在不同的參考系中,一切物理規律都是相同的。2.光速不變原理:真空中的光速在不同的參考系中都是相同的。》雜誌刊登了一篇《關於運動物體的電動力學》的論文,它宣告了狹義相對論假說的問世。
  • 怎樣才算是真正理解了「狹義相對論」?
    前面的幾篇文章中,我們多次提到,狹義相對論造成的各種效應也是相對的,但是這種相對性都是對某參考系而言,這些參考系又是什麼參考系,必須具有啥條件,才能叫參考系呢?
  • 狹義相對論最核心的精髓是什麼?
    我們都知道愛因斯坦創建了狹義相對論,這個相對論由於過於高深所以一般人都不懂,但是這個理論卻可以通過非常通俗易懂的語言表達出來,不需要繁瑣的公式推導,今天我們就來談談狹義相對論的核心和精髓。其實我在之前的文章已經講過這個理論。首先你要明白狹義相對論為什麼會被提出來?
  • 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。
  • 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。
  • 一口氣通俗理解《狹義相對論》時間膨脹效應
    《狹義相對論》也是如此,因為在日常生活中,我們所接觸的一切事物,如果利用《狹義相對論》來計算更精確,但是與我們原本的常識之間的誤差,更加微不足道,除非利用更加精密的儀器,否則你要突然蹦出來一句「時間是相對的,我的時間比你走得慢」,肯定分分鐘讓吐沫淹死。實際上狹義相對論並非難以攀登,就是一層窗戶紙,捅破了也就破了。
  • 狹義相對論的困難,驚心動魄的十年
    1905年,愛因斯坦發展出了狹義相對論,把空間和時間聯繫在一起。光速不變原理和相對性原理在這之中起了重要作用。相對性原理告訴我們,一切慣性系都是平權的,並不存在一個特殊的絕對空間和絕對時間;光速不變原理還告訴我們,光在任何慣性系當中的速度都是一樣的。愛因斯坦通過這兩個原理,獨自推導出了洛倫茲變換。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    上篇:《相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(上)》16不存在絕對運動馬赫對愛因斯坦創立狹義相對論的影響是非常巨大的。愛因斯坦在學生時代就讀過馬赫的《力學史評》,奧林匹亞科學院(大學剛畢業的愛因斯坦和幾位朋友創建的一個以科學和哲學的交界問題為主題的學習小組。
  • 狹義相對論和廣義相對論的區別是什麼?
    要了解狹義相對論和廣義相對論的區別,我們首先要搞清楚,這兩個理論大概說了什麼?狹義相對論我們先從狹義相對論說起,其實狹義相對論解決了一個物理學的重大矛盾。因此,科學家就在思考,是不是存在一個奇怪的坐標系,讓光速一直保持一個速度,它們管這個叫做以太。於是,一群科學家就拼了命地去找「以太」,然後他們接二連三地失敗了。後來,26歲的愛因斯坦提出了狹義相對論。有人說他高舉了奧卡姆剃刀原理才成功的,這個奧卡姆剃刀原理大意是:如無必須勿增實體。翻譯過來就是,咋簡單咋來。
  • 狹義相對論到底是什麼意思,給大家一個具體的解釋,幾分鐘就明白
    所以我們要了解狹義相對論,這一點我們必須要注意,其實愛因斯坦的狹義相對論只有幾頁,可是據說他的狹義相對論,當時能夠理解的人不超過五個,其實一直到現在真正理解的人,也是局指可數,所以想要讓大家理解,美女小倩必須拋開複雜的數學模式。
  • 愛因斯坦相對論遭到質疑,科學家發現神秘物質
    歐洲粒子物理實驗室的科學家測量到了運動速度超過光速的亞原子粒子,如果發現得到證實,將顛覆愛因斯坦的相對論即物理學界的基礎。  中新網9月23日電 據外媒報導,歐洲粒子物理實驗室的科學家22日聲稱,他們測量到了運動速度超過光速的亞原子粒子,其運動速度是通過從日內瓦實驗室向7百公裡以外的另一個實驗室發射的微子中測到的。  科學家們表示對這個結果迷惑不解,對此持謹慎態度,並請求其他科學人士來證實這一測量結果。
  • 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)。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論的?(下)
    理解了愛因斯坦堅信不存在絕對運動,就很容易理解對於洛倫茲1895年的那篇論文,為什麼愛因斯坦一方面對洛倫茲在那些「技術上」的處理非常滿意,另一方面又對洛倫茲的靜止以太假設非常排斥了。為什麼這個事情會搞得這麼麻煩,很多人表示難以理解。他覺得時間嘛,不就是那個,那個,反正就是那個在那裡的東西。雖然具體他也說不清楚,但是覺得時間應該是一個不言自明的東西。你看,你要是連自己都說不清楚,你要怎麼說服馬赫?
  • 狹義相對論的誕生 1905年9月25日
    1905 年,是愛因斯坦的豐收年,這一年,他在德國《物理年鑑》上,先後發表了多篇論文,其中提出了具有開創一個科學領域的光量子說、一個震撼世界的質能公式,還創建了改革人類時空觀的狹義相對論。
  • 美國物理學家精確實驗 證實愛因斯坦狹義相對論
    新華網洛杉磯12月22日電(記者陳勇)美國國家標準技術研究所和麻省理工學院的物理學家說,他們通過迄今最直接、最精確的實驗證明了愛因斯坦狹義相對論中著名的質能公式。  質能公式(E=MC2)指出,物質的總能量相當於其質量乘以光速的平方。它表明能量和質量可以互相轉換,而光速是恆定不變的常數。
  • 相對論誕生:愛因斯坦是如何創立狹義相對論
    我之所以反覆強調1895年這個時間點,是因為這是愛因斯坦在發表狹義相對論論文(1905年)之前所知道的洛倫茲的最新工作,洛倫茲在1895年之後的工作愛因斯坦通通不知道,包括1904年大名鼎鼎的洛倫茲變換。