爱因斯坦的相对论为什么能成为经典?

作者&投稿:大狐耿 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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阿尔伯特·爱因斯坦于1905 年的狭义相对论是物理学领域有史以来发表的最重要的论文之一。狭义相对论解释了速度如何影响质量、时间和空间。该理论包括一种用光速来定义能量和物质之间关系的方法——少量的质量 (m) 可以与大量的能量 (E) 互换,如经典方程 E = mc^2 。

爱因斯坦于 1915 年正式将引力添加到他的理论中,发表了他关于广义相对论的论文。当物体接近光速时,物体的质量变得无穷大,移动它所需的能量也变得无穷大。这意味着任何物质都不可能比光速更快。

在相对论出现之前,物理学是怎样的?

在爱因斯坦之前,天文学家(大部分)根据艾萨克·牛顿在 1686 年提出的三个运动定律来理解宇宙。这三个定律是: 

  1. 除非外力发生变化,否则运动或静止的物体将保持相同的状态,也就是惯性。
  2. 作用在物体上的力等于物体的质量乘以其加速度。
  3. 对于每一个动作,都有一个相等和相反的反应。


牛顿定律几乎在物理学中的每一个应用中都被证明是有效的。它们构成了我们理解力学和重力的基础。 但是有些事情不能用牛顿的工作来解释:例如,光。 

1800的时候,为了将光的奇怪行为硬塞进牛顿的物理科学家框架中,科学家认为光必须通过某种介质传输,他们称之为“以太”。那个假设的以太必须足够坚硬才能像吉他弦随着声音振动一样传递光波,但在行星和恒星的运动中也完全无法检测到。 

研究人员开始尝试探测神秘的以太,希望能更好地了解它。1887 年,天体物理学家 Ethan Siegal 在福布斯科学博客Starts With a Bang 中写道,物理学家 Albert A. Michelson 和化学家 Edward Morley 计算了地球在以太中的运动如何影响测量光速的方式,并意外地发现无论地球如何运动,光都是一样的。 

他们得出结论,如果尽管地球在以太中运动,光速没有改变,那么从一开始就一定没有以太这样的东西:太空中的光在真空中运动。 

这意味着它不能用经典力学来解释,物理学需要一个新的范式。

爱因斯坦是如何提出狭义相对论的?

根据爱因斯坦的说法,在他 1949 年出版的《自传笔记》)中,这位崭露头角的物理学家在他 16 岁时就开始质疑光的行为。在青少年时期的一次思想实验中,他写道,他想象着追逐一束光。

按照经典物理学,如果加速捕捉光,光波最终会达到相对速度为零——人和光将一起高速移动,他可以看到光是冻结的电磁波场地。但是,爱因斯坦写道,这与另一位科学家詹姆斯克拉克麦克斯韦的工作相矛盾,他的方程要求电磁波在真空中始终以相同的速度移动:每秒 300,000 公里。 

如果从理论上讲,一个人可以赶上一束光并看到它相对于自己的运动冻结,那么整个物理学是否必须根据一个人的速度和他们的有利位置而改变?相反,爱因斯坦回忆说,他寻求一种统一的理论,使物理规则对每个人、任何地方、任何时候都一样。 

这些导致爱因斯坦最终对狭义相对论进行了思考,他将其分解为另一个思想实验:假设一个火车以光速运行,一个人站在火车轨道旁边,将雷暴的观察结果与火车内的人进行比较。

爱因斯坦想象火车在轨道上的一个点平均位于两棵树之间。如果一道闪电同时击中两棵树,轨道旁边的人会看到同时发生的雷击。但是因为他们正朝着一个闪电移动而远离另一个闪电,所以火车上的人会先看到火车前面的闪电,然后看到火车后面的闪电。 

爱因斯坦的结论是,同时性不是绝对的,换句话说,一个观察者看到的同时发生的事件可能会在另一个观察者的不同时间发生。他意识到,改变的不是光速,而是时间本身。运动物体的时间与静止物体的时间不同。与此同时,宇宙中任何地方的任何人所观察到的光速,无论运动还是静止,总是相同的。 

E = MC^2 是什么意思?

人类历史上最著名和最著名的方程之一,E = mc^2,转化为“能量等于质量乘以光速的平方”。换句话说,能量(E)和质量(m)是可以互换的。事实上,它们只是同一事物的不同形式。 

但它们并不容易交换。因为光速已经是一个巨大的数字,方程要求它自身乘以(或平方)变得更大,所以少量的质量就包含了大量的能量。例如,PBS Nova 解释说,“如果你可以将回形针中的每一个原子都转化为纯能量——不留任何质量——回形针将产生 [等效能量] 18 千吨 TNT。这大约是大小1945 年摧毁广岛的原子弹。” 

时间膨胀

爱因斯坦狭义相对论工作的众多含义之一是时间相对于观察者移动。运动中的物体经历时间膨胀,这意味着当物体运动得非常快时,它经历的时间比静止时慢。 

在接近光速的速度下,时间膨胀的影响可能会更加明显。想象一下,一个 15 岁的女孩从高中毕业,以 99.5% 的光速旅行了五年。当这个 15 岁的女孩回到地球时,她在旅行中度过了 5 年。然而,她的同学们都已经 65 岁了——在这个移动速度慢得多的星球上,50 年已经过去了。

我们目前没有技术可以在接近这个速度的任何地方旅行。但以现代技术的精度,时间膨胀确实会影响人体工程学。

GPS 设备的工作原理是根据与遥远地球轨道上至少三颗卫星的通信计算位置。这些卫星必须跟踪极其精确的时间才能确定地球上的位置,因此它们基于原子钟工作。但是由于这些原子钟安装在卫星上,它们以 4,000 公里/小时的速度不断在太空中呼啸而过,狭义相对论意味着它们每天多走 7 微秒,即百万分之 7 秒。为了与地球时钟保持同步,GPS 卫星上的原子钟每天需要减去 7 微秒。

在广义相对论(爱因斯坦对结合引力的狭义相对论的后续)的额外影响下,靠近地球等大引力质量中心的时钟比远离地球的时钟走得更慢。这种效应会在 GPS 原子钟上每天增加微秒,因此最终工程师减去 7 微秒,然后再增加 45 微秒。GPS 时钟不会倒计时到第二天,直到它们比地球上的同类时钟运行总共长 38 微秒。

狭义相对论和量子力学

狭义相对论和量子力学是关于我们的宇宙如何运作的两个最被广泛接受的模型。但是狭义相对论主要涉及极大的距离、速度和物体,将它们结合在一个“平滑”的宇宙模型中。狭义(和广义)相对论中的事件是连续的和确定性的,科里鲍威尔为卫报写道,这意味着每一个行动都会导致直接、具体和局部的后果。这与量子力学不同,鲍威尔继续说:量子物理学是“笨重的”,发生在跳跃或“量子跳跃”中的事件具有概率结果,而不是确定的结果。 

研究人员将狭义相对论和量子力学——光滑的和厚实的,非常大的和非常小的——结合起来,提出了相对论量子力学和最近的量子场论等领域,以更好地理解亚原子粒子及其相互作用。 

另一方面,努力将量子力学和广义相对论联系起来的研究人员认为这是物理学中未解决的重大问题之一。几十年来,许多人认为弦理论是研究所有物理学统一理论的最有前途的领域。现在,存在许多其他理论。例如,一个小组提出了时空循环,将微小而厚实的量子世界与广阔的相对论宇宙联系起来。



爱因斯坦的相对论能成为经典,是因为它突破了经典力学的限制,开创了一个新的体系。

是因为这个理论是比较科学的,然后也可以解决很多的科学知识以及科学现象。

因为就目前而言,根本没有人可以解释相对论,也没有相应的实验,因此可以称为经典。

爱因斯坦的相对论是怎么回事?
答:2019-12-15 爱因斯坦的相对论是怎么回事,什么原理? 30 2006-06-15 爱因斯坦的相对论到底是怎么回事? 17 2019-04-08 爱因斯坦是如何解释“相对论”的? 38 2009-05-18 爱因斯坦的相对论是怎么的. 24 2008-01-15 爱因斯坦《相对论》是怎么回事 45 2012-12-06 爱因斯坦的相对论到底是什么意思呢 690 ...

为什么爱因斯坦能提出超前百年的相对论?
答:广义相对论 在1905年,爱因斯坦提出了划时代的时空理论——狭义相对论,由此掀起了物理学的变革,现代物理学的一大基石宣告诞生。10年之后,爱因斯坦又提出了全新的引力理论——广义相对论。一百多年后,爱因斯坦的理论预言才逐渐被现代科技所证实。那么,在当年科技尚不发达的情况下,为什么爱因斯坦能够提出...

爱因斯坦的相对论是怎样改变了世界
答:爱因斯坦创建相对论,其最大的意义或许在于它颠覆了19世纪辉煌的经典物理学,成为了近代物理学的开端。至于其应用,相对论不仅仅依靠质能方程预言了原子能利用的可能性,其相对时空观—即对不同的运动参考系,时间也是不同的—如今也已普遍应用于航空航天以及卫星的时间校准中。同时,相对论效应也被广泛...

为何爱因斯坦能提出相对论?
答:他是对时间爱因斯坦相对论想解决两个问题:为什么高速粒子现象是洛伦兹变换而不是速度叠加;光速为什么是不变的,当时认为太空是真空,没有介质,假设的以太也不成立。现在我们知道太空不是真空,至少对光还不能称为真空,光的介质是空气、水、玻璃和太空中稀薄的气体,在这些介质中,光速不变。 ,空间...

爱因斯坦的相对论对人类的最大贡献是什么呢
答:爱因斯坦的相对论分为"狭义相对论"和"广义相对论"狭义相对论认为,物质的运动与时间和空间紧密相连,如果物质的运动速度增加,它的质量也增加,运动物体的长度会缩短,甚至连时间也会变短.广义相对论认为,物质间所存在的万有引力是由于物质内部的原因引起的.贡献??!!!相对论是原子内部微观物理学的基础,因而成为现代物理...

爱因斯坦(Albert Einstein)把狭义相对性原理推广为广义相对性原理
答:光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。四维空间 狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容...

爱因斯坦是基于什么思维或理论研究出狭义相对论和广义相对论的?为什 ...
答:也叫爱因斯坦望远镜),上网上输入这四个字就可以看到很漂亮的图片。广义相对论在导航,卫星定位上也有重要应用,因为地球引力的影响,卫星的时间和地球的时间其实是不同步的。需要计算校正。狭义相对论在高能物理上有重要应用,因为通常粒子都被加速得和光速差不多,这时粒子的时间和地面的时间差得很多。

为什么爱因斯坦会发现相对论?
答:满意答案*、謃↘箜丅7级2008-06-281905年爱因斯坦创建了狭义相对论,从相对性原理、光速不变原理和空间与时间均匀性出发,导出了同时相对性、尺缩效应、时间延缓效应、质能效应、质能关系式等重要结论,揭示了空间与时间之间、空间和时间与物质运动之间、质量与能量之间的统一性。1916年他创建了广义相对论...

相对论为什么会被爱因斯坦提出分别为广义的和狭义的呢?
答:因为爱因斯坦根据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系(惯性参照系)之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中(非惯性系),并在等效原理的假设下,广泛...

为什么说爱因斯坦创立的狭义相对论是科学技术史上一次具有理论创新意 ...
答:因为它突破了科学和艺术的界限。在科学界,0就是0,1就是1,但在艺术界0可是1,1可以是0。用《狭义相对论》就是可以证明0=1。根据洛仑兹正变换:x'=γ(x-ut)t'=γ(t-ux/c²)x'²-c²t'² = x²-c²t²γ²(x-ut)²-c²γ&...