愛因斯坦的相對論的提出始末,有沒有實驗的驗證?

2020-12-06 科學船塢

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?

愛因斯坦的筆記

相對論創立始末

愛因斯坦能夠創立出狹義相對論,這與他本人善於吸取前人的思想以及具備批判性思想是分不開的。早在愛因斯坦16歲的時候,他就幻想如果以光速跑步,看到的世界會是什麼樣子的呢。自從牛頓力學體系創立以後,它統治了物理學一百多年,後來的科學家只是對這座牛頓創立的科學大廈進行縫縫補補的工作。電磁理論創立以後,一些現象漸漸地與牛頓力學相衝突起來,其實,狹義相對論就是建立在它倆矛盾的基礎之上。

在狹義相對論創立之前,有三個實驗,這三個實驗分別是:

麥可遜-莫雷實驗,在實驗中,兩位科學家並沒有發現地球相對於以太運動;

電子的慣性質量隨著運動速度的增加而變大;

處在運動狀態下的物體的電磁感應現象表現出相對性。

這三個實驗慢慢地就展現出了牛頓力學體系中的矛盾,對於真空中的光速問題一直無法得到解決,一直以來根深蒂固的經典物理學思想禁錮了當時的物理學家向新的思想進發,新的思想其實就是光速不變原理。

在愛因斯坦之前,已經有物理學家觸碰到了狹義相對論的大門,只是沒有打開而已,愛因斯坦打開了這個大門,基於兩條公理:相對性原理以及光速不變原理。這兩個公理的提出與前人積累的經驗是分不開的,早在狹義相對論提出之前,龐加萊已經意識到光速不變原理了,洛倫茲等人已經走上狹義相對論的大路上了,馬赫的思想對愛因斯坦的啟發也比較大,正是在這些前人的基礎之上,愛因斯坦才率先地提出了兩條公理,繼而在1905年提出狹義相對論。

廣義相對論更是純粹的理性思維的巔峰之作,它不靠任何現實中的實驗,純粹靠思想實驗,在腦海裡完成,並提出了等效原理、廣義協變原理。在物理學研究中,理論物理的研究是最不耗錢的,因為它只需要筆和紙。在狹義相對論提出的10年後,也就是1915年,愛因斯坦的廣義相對論問世。

相對論的提出並不是全靠想,也有其它物理學家做出的實驗帶來的啟發,比如狹義相對論創立之前的那三個實驗帶來的啟發。

關於相對論的實驗檢驗:

狹義相對論的實驗檢驗:對於狹義相對論的檢驗,最好的一個證據就是導航衛星的時鐘校準,導航衛星在太空中高速運動,就會出現相對論效應,這其中不光有狹義相對論效應也有廣義相對論效應,需要兩者結合才能消除時鐘誤差,提高導航定位精度。

廣義相對論的實驗檢驗:近些年來對於引力波的探測,光線的偏折(這個現象在廣義相對論剛剛提出之後沒多久就被愛丁頓證實了),水星近日點進動的解釋,黑洞的研究,引力紅移等等。

這裡只是簡單地介紹了部分,相對論已經充分的被實驗驗證了,自從愛因斯坦的兩大相對論問世,後面的物理學家的研究熱點主要就在相對論上,接近一個世紀的研究以及相關的實驗檢驗都證明相對論是一個科學理論,完美地解釋了許多問題。

相關焦點

  • 請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?
    請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?這些驗證實驗具體如何做的?狹義和廣義相對論都由愛因斯坦分別在1905年和1915年提出,是世界上最先進的科學理論,為基礎物理奠下了堅實的基礎。也都已經被世界各國嚴格驗證很多遍,種種實驗和觀察都驗證了兩大相對論的正確性,今年的「M87黑洞」照片就是有力的證明。大多數人比較熟知廣義相對論,因為今年4月10日公布過第一張M87黑洞照片,讓大眾上了一堂科普課。而狹義相對論所知者並不多。
  • 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。
  • 如果沒有愛因斯坦,《相對論》會被推遲多久才提出?
    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。但絕對不會超過50年,至於原因,我在會在文中陳述在愛因斯坦之前,光速不變已經被麥克斯韋所預言,此後還有索菲水流實驗,麥可遜莫雷實驗,以及馬赫對牛頓力學的批判。
  • 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。
  • 愛因斯坦未經驗證就推出了相對論,而且都正確,他是怎麼做到的?
    曾經有這樣幾句話形容理論和實驗物理界的科學家:「理論物理廢紙,實驗物理費錢,理論和實驗物理費米」,當然這是褒獎費米同志是二十世紀最後一位理論與實驗物理兼備的罕見人才,費米這樣的科學家實在難得。但我們今天要說的卻是一位連費米都仰望、二十世紀物理界的超級大佬:愛因斯坦,他是理論物理界的地位首屈一指,他創立的理論,整個二十世紀甚至二十一世紀都在驗證!
  • 為什麼是愛因斯坦提出了相對論,而不是其他人?
    於是,就開始了一場浩大的「尋找光的介質」的搶救行動,這當中有許多實驗物理學家通過這種辦法去尋找光傳播的介質,其中最有名的麥可斯莫雷實驗,但是他們得到的結果卻是:根本不存在這種介質。到此,我們來總結一下,麥克斯韋和牛頓力學的理論在「光速」這件事情上出現了矛盾,而且這個矛盾是需要被修復的,這其實是引發愛因斯坦提出相對論的外部因素。
  • 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?
    而相對論則是當時物理學家不太能接受的物理學理論,不僅是數學上的問題,還有個重要的問題就是其中的物理含義對於當時的物理學家來說有點艱深,或者說不太能夠接受。但更重要的問題是這個理論沒有辦法驗證。物理學家們是很現實的。沒驗證的理論並不會就立馬接受。
  • 有沒有可能愛因斯坦相對論誤導了科學家?
    網絡上對於相對論的質疑從來沒有停止過,這種情況很正常,畢竟相對論對人類固有思維的顛覆性實在太大了,它打破了人類幾千年來的固定思維模式。事實上,不要說普通人了,在19世紀末20世紀初,一大批著名的物理學家就是因為無法擺脫牛頓經典力學的束縛,最終與相對論擦肩而過!
  • 有沒有可能愛因斯坦相對論誤導了科學家?
    愛因斯坦的相對論已經有一百多年歷史,在這一百多年時間裡,無數科學家不斷地對相對論進行質疑驗證,相對論能一步步走到今天,成為現代物理學的兩大基石之一,足以說明科學界對相對論的認可!任何科學理論之所以成為理論,必將經過質疑再質疑,必須具有嚴格的邏輯證明。
  • 103年前,日全食驗證廣義相對論,因一戰打斷!卻拯救了愛因斯坦
    但是該怎麼觀察呢,太陽實在是太亮了,除非有物體遮住太陽。所以愛因斯坦認為只有日全食的時候才能證明自己理論的正確性。愛因斯坦提出有質量的物體可以彎曲周圍的時空這一結論是在1912年,而下一次日全食則是在1914年8月21日。於是愛因斯坦給全球著名的天文臺寫信尋求幫助,希望他們可以去拍攝日全食的照片,然後分析日全食時太陽背後的天體光線的偏移位置以驗證自己的理論。
  • 愛因斯坦相對論影響很大,為何沒有獲得諾獎?難道是名過其實?
    大家對於愛因斯坦最初的印象就是上小學時,走廊裡張貼的各種名人頭像,一般排在第一位都是頭髮蓬亂雜亂無章,看起來特別滄桑但是有智慧感的頭像,那就是愛因斯坦。說起愛因斯坦,最被大家熟知的是他的高智商,以及著名的相對論,但是大部分人只知其名不知其具體含義。
  • 愛因斯坦相對論影響很大,為何沒有獲得諾獎?難道是名過其實?
    但是在這座物理學大廈之上還漂浮著兩朵小烏雲,其中一朵是「麥可遜莫雷實驗沒有證明以太存在」,第二朵小烏雲是「黑體輻射試驗結果和現有理論之間的衝突」。最後這兩朵小烏雲相繼發展出相對論和量子力學,成為二十世紀物理學的兩大支柱。可想而知,相對論的地位有多重要。
  • 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。
  • 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。
  • 愛因斯坦廣義相對論再被驗證:時空扭曲質量方式正確
    北京時間7月20日消息,據國外媒體報導,愛因斯坦的廣義相對論在過去100多年裡,能預測並驗證1910年代實驗範圍之外的科學研究,並且經受了科學家的最新考驗。目前研究人員進行傳統實驗,進一步驗證愛因斯坦廣義相對論的正確性。通常科學家會觀察宇宙天體扭曲空間結構的程度,從而確定它的質量大小。
  • 百年前日食驗證廣義相對論,改變了人類對宇宙的認知!
    這場日全食改變了人類對宇宙的認知1919年5月29日,英國科學家決定利用日食驗證一項具有革命性的新理論——愛因斯坦的廣義相對論。提出這一理論時,愛因斯坦還沒有很大名氣。曾獲得諾貝爾獎的物理學家J.J.湯普森將廣義相對論稱之為人類思想史上最偉大的成就之一。
  • 美成功發射引力探測器 驗證愛因斯坦相對論(圖)
    4月20日,美國宇航局「引力探測器B」衛星從加利福尼亞州范登堡空軍基地成功升空,它的使命是對世界著名科學家愛因斯坦1916年提出的廣義相對論進行進一步驗證。  新華網華盛頓4月20日電(記者毛磊)經過45年醞釀和開發,耗資7.5億美元的美國「引力探測器B」衛星,20日下午從加利福尼亞州范登堡空軍基地成功升空,它的使命是以前所未有的精度對愛因斯坦1916年提出的廣義相對論進行驗證。  廣義相對論認為,引力是因質量的存在而引起的時空彎曲,引力場的存在會改變時空幾何學規則,時間和空間是不可分割的四維整體。
  • 相對論真偽的實驗驗證其實是如此簡單,何必爭破頭?
    相對論真偽的實驗驗證其實是如此簡單,何必爭破頭? 近日《頭條》在熱議一則關於歐洲核子研究中心在義大利格蘭薩索發現中微子超光速的報導,挺相與反相兩派幾乎爭破頭,大凡關於相對論的否決性實驗,多由挺相人士下結論,縱有一百個否決性實驗,不是以「此光速非彼光速」,便是「實驗有誤」而不了了之,因為此結果「違背愛因斯坦的相對論」,
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    有些讀者對這個問題感興趣,他們想知道愛因斯坦是怎麼發現相對論的,是用實驗的方法慢慢驗證推理出來的,還是直接用數學方法和物理思想推出來的。愛因斯坦是怎麼想到要去創立相對論的呢,有哪些時代背景和機緣巧合,為什麼同時代那麼多權威的物理學家都沒有辦到,他一個畢業工作沒幾年的小毛頭是怎麼辦到的?
  • 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?
    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。