不是所有真理都可以被證明出來——愛因斯坦的狹義相對論

在目前的理論物理中,經常出現數學性的語言,代替了早期的物質之理。從古希臘的芝諾悖論到微積分再到集合論一種都有悖論出現。為了解決悖論這一現象,哥德爾創建了不完備定理。其中的中心思想就是幾乎所有的邏輯都不完整,沒有任何理論可以證明它自己的相容性。從哲學的角度講,可以證明的邏輯和真實存在的真理是兩個不同的概念,可以證明出來的邏輯一定是真理,但並不是所有真理都可以被證明出來。

不是所有真理都可以被證明出來——愛因斯坦的狹義相對論

光的波動理論。在19世紀,光的波動理論得到發展,大多數的科學家都認為以太是以光波的形式傳播,相對於太陽的靜止而言。在1887年,邁克爾遜做了莫雷實驗,這個實驗證明了以太不是靜止的。在1887年到1905年間,有許多研究學者試圖揭開莫雷實驗的面紗,比如在1892年,洛倫茲提出以太時間變慢、長度收縮的變化來實現光速不會改變的結果。

同時,龐佳來也從數學的角度出發證明了這一觀點。在1905年間由愛因斯坦發表的《論動體的電動力學》確立了狹義相對論,被人視為關於相對論的第一篇文章。愛伊斯坦通過複雜的數學推導得出了與洛倫茲變換相同的觀點。其實早在1607年,伽利略也對光速進行了測量,但是伽利略的實驗方案受到當時人大腦的意識和環境的影響,所以並沒有得到預期的結果。

愛因斯坦提出的狹義相對論的推導過程中也出現了與人類實際生活中不相符的情況,比如說在導航的系統中,愛因斯坦為了計時準確採用了原子鐘計時的方法,同時還確保不同的鐘表可以保持相同時期和週期性,但是實際情況是時間並不會因為在不同的地點流逝的速度就會不同,在這一點上就不符合人們的日常認知。還有利用鐘錶確定光的出發點和光到每一點的時刻也在現實生活中被證明是不現實的。還有愛因斯坦放棄以太以光的傳播方式進行傳播,直接將光認為是由大量粒子組成的,這一點從伽利略的大船實驗中證明也不實際。最後一點就是愛因斯坦將地球認為是靜止的,在座標系中來觀察光,但地球是靜動結合的。

不是所有真理都可以被證明出來——愛因斯坦的狹義相對論

從上述愛因斯坦提出狹義相對論的推導過程中可以看出,他更注重利用數學公式,而與人們的實踐相悖。狹義相對論中涉及到光速、質速方程的質能方程等公式,可以說它是一個正確與錯誤並存的理論。狹義相對論中將宇宙間的相互作用力傳遞的最大速度合理化,在物體或粒子間兩個物質的相互作用間的作用力的計算上採用了洛倫茲變換,這個理論的採用也是合理的、必要的。對於人們來說,認知事物的方法主要是方法論和他們的世界觀。人們對客觀存在、符合辯證唯物主義的方式認知世界,而不是通過冷冰冰的數學公式。

質能方程公式的推導形式

對質能方程的推導形式也多種多樣,比如可以將麥克斯韋的電磁波包動量P=E/C與牛頓動量p=mv聯立,就可以得到E=mc2的公式;還可以直接採用質量變換因子進行理論推導,得到質能方程。

對於人類所掌握的核聚變和核裂變的技術中,只有幾種特殊的元素還能夠實現。但是在這個核反應當中,也並不是所有元素的質量都可以轉變成能量,人們只能根據在核反應前後元素間所含中子和質子的數量的不同,來對質量向能量轉變的多少進行計算。但是,這一過程實際上也沒有我們想象的簡單,核爆炸過程中產生的產物和能量都是很難計算得到的。所以有人也會指出,質能方程只能表現出質量和能量的當量關係,並不能體現出質量可以向能量轉化。人們指出的這一問題也非常符合人們在實踐生活中的經驗,但是不能對大爆炸進行合理的解釋,這主要是因為大爆炸的奇點是一個能量點。但是對於大多數的元素來說,質量也確實是不能轉化成能量的。

質量的含義

對於質量來說,它的含義包含了許多方面。從天平的角度來說,稱量出的數值就是物體的質量;從引力質量的角度來說,一個物體的平東慣性質量是與其相等的;還有一些其他的含義,比如天體質量,物體質量等,此外,也可以根據牛頓第二定律推導出在不同的加速度下,一個物體的質量的不同的,正所謂,物體的質量與地球引力聯繫密切。

質速方程

質速方程的出現合理的解釋了對於那些有質量的物體是不可能被加速到光速的,因為物體在逐漸接近光速的過程中,它的相對質量逐漸接近無窮大。但是在牛頓第二定律,F=ma中則表明只要給一個物體足夠的時間,這個物體就會達到光速乃至超過光速。但是這也只是通過數學公式推導出來的,驗證結果的一種思維邏輯。

在人們的理論思維中,一個物體的質量在一般情況下是不變的,那些容易變化的變量主要是物體的加速度和物體的受到的推力。

不是所有真理都可以被證明出來——愛因斯坦的狹義相對論

目前,人們所能實現的最高速度是12公里/秒,具有這種速度的物體主要是火箭。組成火箭的發動機主要是利用超高速度的射擊流速產生推動力,而這個推動力主要決定火箭的最高速度,很顯然,射擊流速產生推動力產生的能力有限,所以速度也就遠遠不及光速。此外,水流還可以推動沒有動力的船,可以理解成是水中的水分子將能量傳遞給船身,讓船產生動力。但是隨著船和水流間的速度減小,水分子的能量減少,所以傳遞給船身的能量就越來越小。相似的,我們也可以類比到光,讓光產生壓力來推動太陽帆。

質速方程雖然來自於對數學公式的推導,其中並沒有考慮到物理,與質能方程具有密切的聯繫。在人類的實踐過程中,人們也把質速方程當作一種質能方程的當量關係。後期,人們對於推動力產生速度的理論進行了修改,並且也取消了關於質量的理論含義,讓它更加符合物理的觀念,被世人所接受。

不是所有真理都可以被證明出來——愛因斯坦的狹義相對論

愛因斯坦曾經說過,世間萬物,但凡是存在於引力場下的,都具有同一個加速度,對於這一條現象,我們也可以聯想到引力質量和慣性質量間的關係。如果按照這樣的思維,我們可能UI認為對於所有的物品來說都有一樣的慣性質量,但是這很顯然是不對的,在愛因斯坦的升降機實驗中得到證明。其實在整個太陽系中,可以認為處處都存在著引力場,但是人們對於太陽系的認知並沒有瞭解,所以這一系列的情況只是依靠著人們的想象力,在目前的實踐中是不能實現的。


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