早愛因斯坦一年,這個物理學家差點搶先叩開了《相對論》的大門!

1905年被後人稱為愛因斯坦奇蹟年,這一年他除了發表詮釋光電效應的論文,更是發表了劃時代的《狹義相對論》。而《廣義相對論》完成於1915年,發表於1916年。廣義相對論繼承了狹義相對論,狹義相對論是許多科學家共同努力的結果,而廣義相對論更像是愛因斯坦的一己之力的產物。

早愛因斯坦一年,這個物理學家差點搶先叩開了《相對論》的大門!

狹義相對論起源於光速不變的實驗基礎。在經典力學牢固統治的時代,人們認為宇宙中必然存在一種絕對的參考系,並起名為“以太”。但是以太卻遲遲沒有被真實發現。其實這期間科學家們也很忙,他們夜以繼日的設計各種實驗尋找以太的存在的證據。其中有兩個分別叫邁克爾遜和莫雷的科學家做了一個實驗企圖尋找以太並計算地球相對於以太的運動速度。可實驗的結果卻讓人大跌眼鏡,這個結果預示:以太不存在,但光速卻是不變的! 而這個結果在牛頓的經典力學中是不允許出現的。因為牛頓力學認為光速的沒有具體大小,因為速度可以疊加。

邁克爾遜-莫雷實驗是在1887年完成的,但是許多科學家卻對此結果保持了沉默,因為他們不理解這意味著什麼?難道還會是牛頓錯了嗎?科學家們不敢質疑牛頓,就假裝看不見的樣子。此後的1904年,出現了一個名叫洛倫茲的物理學家,他根據邁克耳遜-莫雷實驗得出的光速不變結果建立了超越伽利略變換的洛倫茲變換。而這距離發現狹義相對論已經近在咫尺,遺憾的是洛倫茲依然沒有膽量質疑牛頓。終於等待你......愛因斯坦的出現徹底改變了這一僵局。而如今的狹義相對論就建立在洛倫茲變換的基礎上,其中的三大基本公式還包括洛倫茲因子,可見洛倫茲對相對論還是有貢獻的。

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愛因斯坦和洛倫茲合影

狹義相對論顧名思義就存有缺陷,那就是它只適用於勻速直線運動(慣性系)的理想模型中,並且融入不到引力框架中。而真實的世界怎麼會有真正的勻速直線運動呢?人走路,蘋果落地,汽車運動,行星繞恆星運動等等現象嚴格來說都是非線性加速(減速運動是反方向加速運動)運動,所以愛因斯坦在10年之後把相對論擴展到廣義上。廣義相對論就可以很好的解釋加速運動(非慣性系),在廣義相對論中,引力只是表象,其本質是有質量物質的存在會彎曲周圍的空間,空間的彎曲迫使物質之間進行了相互作用,而這在牛頓力學中就體現在萬有引力上。

早愛因斯坦一年,這個物理學家差點搶先叩開了《相對論》的大門!

可以說,狹義相對論是包括邁克爾遜、莫雷、洛倫茲、愛因斯坦等科學家共同努力的結果,當然愛因斯坦是狹義相對論的絕對創始人。而廣義相對論可以說是愛因斯坦憑一己而力挽狂瀾的成果。廣義相對論很重要的一個預言便是引力波,而引力波在100年後的現在也被證實了!


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