人有沒有可能在不懂高數和大學物理的基礎上理解相對論?

用戶69330831


答:狹義相對論可以在不懂高數和大學物理的情況下加以理解;但是廣義相對論的內容,就必須有一定的高等數學基礎,才能加以理解。


以我個人的親身經歷為例,我在中學的時候,準確地說是在高一下學期,首次接觸了狹義相對論的知識



得益於圖書館裡的科學類雜誌,雜誌中用初等數學知識,以光速不變原理推導出了狹義相對論的各種結論,包括質能方程。



雖然艾伯菌當時沒有深刻理解狹義相對論的精髓,但狹義相對論的幾個推論已經深深震撼了我,也算得上是對狹義相對論的初步理解吧!

在當時,我還沒有接觸高等數學和大學物理的知識,所以也算以本人的親身經歷回答了題主的問題。


其實從相對論的知識結構上看,狹義相對論完全可以由初等數學的知識導出,只是推導過程稍微複雜;如果加上一點微積分知識,將極大簡化狹義相對論的知識運用。




但是廣義相對論不一樣,廣義相對論涉及偏微分、非歐幾何、張量代數、拓撲學等等,缺少其中一門的數學知識,都很難理解廣義相對論的理論部分,所以廣義相對論對數學的要求非常高。


好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


這個問題是很多人問過的,我也已經回答過一些。現在我來正式說一下。

首先,相對論分為狹義相對論與廣義相對論2部分。

如果沒有高等數學與大學物理的基礎,那麼一個人是可以學明白狹義相對論的,但是無法學明白廣義相對論的。

狹義相對論其實非常簡單,只要你會做加法會開根號就可以學明白。因為狹義相對論描述的時間與空間變換其實本質上就是我以前經常在說的“算術平均值與幾何平均值”這類的數學,沒有任何難度,而且思想上也不難理解,如果你有興趣可以去看看我搞的那些“用相似三角形來證明狹義相對論的時間膨脹公式”一類的視頻。在今日頭條的“瀟軒”自媒體中,就有這些相關的視頻,希望你自己去找一下。

廣義相對論則是沒有高等數學與大學物理的基礎學不明白的,為什麼?因為廣義相對論的數學結構包括了偏微分方程,而微分方程理論你至少要懂高等數學,否則是學不了的。廣義相對論還與微分幾何有很明顯的關係,如果你沒有學過微分幾何,那你對廣義相對論的理解一直停留在科普階段,其實是不行的。

相對論與量子論在21世紀將變得越來越重要,這個是時代的召喚,不是任何人能夠阻擋的。我記得如果你還年輕,可以先補一下自己的高等數學與大學物理的基礎知識,然後把廣義相對論學明白了,我相信既然你對這個理論有興趣,你學明白了以後,一定會記得自己很幸福的。一個優美的理論結構,搞明白了還是很有成就感的哦。


作家張軒中


人當然不可能在不懂高數和大學物理的基礎上理解相對論!

因為,相對論屬於物理學裡面難度比較大的部分,也是近代物理的主要組成部分,更是現代物理學的基礎。因此,學好高等數學和大學物理當然是理解相對論的必要基礎。這一點我們必須要明確,否則很多人只能從文字上來一知半解的解讀相對論。從而造成對相對論的誤解,產生一系列的民科。從而誤導民眾尤其是青少年。

我們不得不說,術業有專攻,相對論作為高等物理部分,高等數學和大學物理是其必備的基礎。同時,像相聲這樣的傳統藝術形式,也有它說、學、逗、唱這樣四個組成部分。無論科學還是藝術都要按照其自身規律,萬丈高樓平地起。試圖脫離高等數學和大學物理的相對論是空中樓閣;同樣試圖獨立與說、學、逗、唱以外的相聲也是無源之水、無本之木!


地震博士


愛因斯坦本人就曾經以最通俗易懂的語言,向一群年輕的學生們詮釋過相對論。

曾經有一群青年學生去請愛因斯坦解釋什麼是相對論,愛因斯坦生動而幽默地打了個比方:“你和一個美麗的姑娘坐上兩小時,你會感到好像只坐了一分鐘;但要是在熾熱的火爐邊,哪怕只坐一分鐘,你卻感到好像坐了兩小時,這就是相對論。”

真正有智慧的學者,是從來都不會曲高和寡的!



臨時客


可以明確的告訴你,絕對不可能。

認為可以不依靠高等數學和電動力學的知識就弄懂相對論,那恐怕是不太現實,不管狹義還是廣義。

拿最簡單的狹義相對論來說,沒有高等數學和電動力學的知識,你最多隻能做到的是記住相對論的結論而已。或者你僅僅是看得懂狹義相對幾個論結論的簡單公式而已。

常見的相對論速度變換, 長度收縮公式,時間膨脹公式,包括洛倫茲變換都是相對論的幾個結論而已,硬記住結論,這根本不能算是理解。

因為大多數人沒有學習過高等數學和電動力學,所以很難從根本給大家講清楚相對論的幾個結論到底是怎麼來的,只能給大家介紹結論。

這樣的結果就是,雖然狹義相對論的結論非常容易理解,各種現象很多人都爛熟於心,但是大家仍然有這樣那樣的疑問,總覺得有各種各樣的疑問無法解釋,總覺有什麼想不通的地方。

想要解決這些疑問,徹底理解相對,只有一個辦法,用電動力學的知識,通過光速不變原理和相對性原理,把相對論自己推導一遍。

其次 任何理論理解的標誌,都是可以用這個理論去解決實際問題,而不是反覆的記住幾個結論。狹義相對是一個普適理論,所以很多實際現象都存在明顯的相對論效應,你能否利用狹義相對論來進行計算?

所以,想要真正理解狹義相對論至少要做到以下幾點

第一 自己推導出洛倫茲變換

第二 自己推導出相對論速度變換

第三 推導出相對論的幾個結論

第四 利用相對論重新推導 麥克斯韋方程組

第五 用狹義相對論解決電動力學問題。

比如,磁場實際上是電場的相對論效應,那麼,你能用電場通過相對論推導出磁場嗎?

如果想真正的理解狹義相對論,請學好高數,線性代數,然後再學習電動力學,掌握麥克斯韋方程組。

有了這些理論基礎,你才談的上理解狹義相對論,不然的話,很容易變民科哦!!

推薦教材《費曼物理學講義》,祝你學習愉快!


shawn25



我想說的是,題主除了應該先分清楚“狹義相對論”和“廣義相對論”以外,還應該比較清楚地定義一下什麼是“理解”,畢竟現在的廣義相對論中還有不少open problems,我想還沒有人能夠說自己完全理解廣義相對論。

  • 小時候從科普書讀到了鐘慢尺縮,認為自己懂了啥是相對論

  • 上中學的年紀知道了洛倫茲變換,感覺相對論也就這麼回事


  • 到大學二年級時學了廣義相對論,發現這東西實際上真是難

  • 後來接觸了量子場論,誰能告訴我相對論到底是tmd怎麼回事?

狹義相對論, 可以分為兩部分, 一是基礎部分, 一是高級部分. 基礎部分, 包括洛倫茲變換, 以及狹義相對論修正版的牛頓力學(能動關係, 或質能等價E=mc^2, 就是從這裡得來的), 這塊是不需要微積分也能很好理解的; 事實上用初高中知識就行了. 第二部分是高級部分, 這包括閔氏時空的洛倫茲群表示理論, 這塊需要群論/群表示論的知識, 僅僅高數已是不夠的了. (附註一下, 學習閔氏時空的對稱群理論, 意義在於, 洛倫茲群的每一個表示函數, 即對應於某種粒子的波函數. 具有某種自旋的粒子, 為什麼要用不同標量/矢量/旋量函數來描述, 其最根本的原因, 就在這裡.)

現在說說廣義相對論. 廣義相對論, 在數學上需要微分幾何的基礎知識, 事實上就是描述彎曲空間的黎曼幾何的知識. 有了這個知識, 廣義相對論基本上就可以很好地修習了.


加里敦物理系教授小飛豬等著你的關注。哈。


量子小飛豬


理解分為通過公式推導出結果,比如1+1=2這就是理解的結果,很簡單,但是如果複雜化呢?又幾元幾次方程你會嗎?你解出來的結果你懂嗎?你不懂!你只知道結果是他。所以真正的理解是用許多個那些1+1=2的基礎公式來推導出複雜的結果,這樣你才能真正的理解。你才能知道為什麼,而不是單純的知道結果。所以通過大量公式進行計算的結果可能正確,但是你卻沒有理解。

另一種就是通過代入恆定的一些要求,來進行模擬想象,最後一點點的推導出結果。這樣比用公式推導的理解的要深刻,但是需要理解基礎規則,和有足夠的想象力和時間,所以要求結果的可以直接用公式計算推導。要求完全理解的可以一點點的靠想象。就像工人幹活靠經驗,而大學生靠知識的公式,雖然大學生比較快懂得多,但是不如工人的經驗多想法深刻透徹。

這就是為什麼很多大學生往往不如一些沒學歷卻有經驗的工人。


上流小壞


狹義相對論在明白光速恆定的基礎上,其計算推導過程相對比較簡單,高中知識就能完成,但廣義相對論則必須要懂得高等數學,因為需要偏微分方程,當年愛因斯坦因為這個專門去學的偏微分方程還有黎曼幾何,不過,不是專業的,僅僅是瞭解一下的話,其實只要能弄懂等效原理就可以了,具體推導過程不必要明白


開心手打


一般的理解可能是可以的,但要全面深處的理解是不可能。相對論有很高深的理論和複雜公式。就象阿基米德要“提起地球”一樣。前蘇聯的別萊利曼對他說的一叚話:“如果這個偉大力學家知道地球的質量是多麼大,他也許就不會這樣誇口了。讓我們設想阿基米德真的找到了另一個地球做支點,又有一根夠長的槓桿。哪怕只舉起一釐米呢?至少要三十萬萬萬年”阿基米德理解槓桿,用最小的力,把不論多重的東西舉起來。


手機用戶浮譁落盡


好可笑的問題,學過高數和大學物理的人多了去了,他們又有幾個懂相對論?知識是已知的東西,知道再多已知的東西和發現未知的東西根本不在一個層面上,發現未知的東西完全是天意。


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