1. 爱因斯坦相对论内容

爱因斯坦相对论的主要内容是在经典物理学的基础上引入相对性理论,把经典物理学的适用范围扩展到大空间高速度领域。

在人们试图测量绝对速度的时候发现,不但无法测量绝对速度,而且还发现了一个让经典物理学几乎崩溃的事实:速度是不能叠加的。一直以来让人坚信不移的速度叠加原理竟然是错的,使所有建立在叠加原理基础上的物理理论都面临颠覆的命运。

在这个情况下,爱因斯坦总结了前人的理论和实验,在此基础上提出了相对论物理学,重新确立了经典物理学在低速度、小空间范围内的正确性和权威性,扶大厦于将倾,巩固了经典物理学的权威地位,并通过引入相对性原理把经典物理学推广到了广域的宇宙空间的应用范围。

很多人以为相对论推翻了牛顿力学,其实正相反,是相对论巩固和发展了牛顿力学。

相对论对经典物理学的发展主要体现在下面几点上:

1、光速不变原理,

这一原理的提出起源于麦克尔逊-莫雷实验,实验发现光速不能与任何速度相叠加。

这使物理学界一片哗然,因为延用了上百年让人坚住不移的速度叠加原理竟然是错的。

许多物理学家都在思考这个问题,有人说是实验的误差,也有人干脆说经典物理学需要全面推翻重建新的物理体系。

爱因斯坦站在相对性原理的角度,重新审视了这个实验,悟出了一个重要的道理:

单独一个物体不存在速度的概念(这是唯一与经典物理学不同的地方,但是经典物理学不排斥速度的相对性,比如伽利略变换就建立在速度的相对性上。)。

速度只在相对另一物体时才存在。也就是说:一个物体的“速度”与这个物体本身没有关系,而中由与这个物体没有关系(这里说的关系是对上面的物理规律的影响)的另一物体来决定的。比如地面上某一点的速度:可以是相对人走的速度,可以是相对汽车的速度,甚至可以是相对流星的速度……。参照系可以任意选取,选取什么为参照系对地球表面上任何物理现象都没影响。然而光速怎么可能会随着人们选择不同的参照系就乱改变呢?因此爱因斯坦提出了光速不变的假设,注意当时只是假设,是相对论的萌芽初斯的想法。

他发现,问题就出在相对性上面了。

速度是两个物体之间的距离变化的快慢关系。因此,只在两个物体之间有意义。第三个物体不能直接参与评价。比如说:A与B相对速度是A与B距离变化的快慢关系,与C无关,C和B的相对速度是C与B的关系,与A无关。A与C之间的相对速度只在AC间有意义,与B无关。

假如A看C和B的相对速度,其实看到的是A与B的速度和A与C的速度,而不是真正的B与C的速度。但是两个速度之间应该能找到一个变换关系来间接获得B与C的相对速度,爱因斯坦开始寻找这个变换关系。

爱因斯坦注意到了洛伦兹变换,这个变换在洛伦兹推导出来后已被束之高阁了数十年没人理会了。连洛伦兹本人也不认为有什么重要价值。

通过一系列的实验、数学推导和论证,爱因斯坦最终发现,洛伦兹变换正是他要找的那个速度之间的变换关系。

这个变换使爱因斯坦完成了他的相对论的基础理论,被称为狭义相对论。

2、加速度与引力场:

F=ma,这是学过牛顿力学的人都能倒背如流的公式。在相对论中这个公式依然成立(有人说不成立了,那是对相对论的误解,相对论继承了除速度的叠加原理外的所有经典物理学的理论。)但是这一公式的内涵发生了扩充:a=F/m,这是在相对论中的公式。意思是加速度等于引力场强度(单位质量所受的引力)。

3、质能公式:

在相对论中,一切都是相对的,没有相对就不存在速度的概念,速度是两个物体相对距离变化快慢的物理量。单独一个物体不存距离的问题,因此也就更不会存在距离的变化(速度)问题。

换句话说,单独一个物体的速度没意义,可以是任意值。就像0/0没意义一样,因为0×任意数都是0,所以0/0是任意数。

由于F=ma,所以,质量转化成能量的公式就应该是:(两边乘距离S)FS=maS,即E=maS=mv²,但是,在相对论中,单独一个物体是没有速度概念的,所以这里的v一定是相对任何物体都恒定不变的值,那就是光速c。

换个角度来理解也可以,当m全部转化为能量时,m消失了,代之而来的是能量以光速辐射出去。所以得到质能公式为:E=mc².

4、时间的相对性:

a=v/t,t=v/a,a是引力场,t是时间,v是什么?一个物体没有速度,唯一的速度就是相对光的速度。因此时间公式就是 t=c/a,也就是说,时间与引力场强度成反比。

说明一下:原本有人认为这个公式前面应该有一个系数,因为 a=dv/dt,其中v又是t的函数,积分后应该会有一个常数。导致很多科学家(包括爱因斯坦)都在寻找这个常数(称为宇宙常数),一直没有结果。

在这里把那个常数去掉了。那个常数有可能就是1。套一下这个公式,我们发现我们的 1秒=c/a的话,我们地球的加速度不是非常大吗?等于300000000牛顿/千克。

是的,我们相对太阳在旋转,相对银河在旋转,谁知道银河又在以什么样的速度绕什么地方旋转呢?而那个地方又在绕哪里旋转?我们在宇宙中所处的这个空间的引力场到底有多大谁又计算过呢?谁能证明不是300000000牛顿/千克?

我们用的质量单位是我们定义的,我们的力的单位也是我们定义的,我们的长度单位也是我们定义的,那么我们的时间不是也一样可以由我们来定义吗?我们把地球表面的引力场定义为g=9.8牛顿/千克,我们为什么不能把我们所处的空间总引力场强度定义为 c/t ?

5、空间的弯曲:

空间按维数划分为:0维(点),1维(线),2维(面),3维(立体),4维(时空)

0维空间不会弯曲,没资格。

1维空间可以弯曲,但是需要在二维空间表达。

2维空间可以弯曲,但是需要在三维空间表达。

低维空间的弯曲要在高维空间表达。

时间是相对的,因引力场的强度而改变,因此,四维空间也必然会弯曲,但是四维空间的弯曲必须在五维空间才能表达。因此,我们无法直接体会时空弯曲的形象是什么样的。只能借助数学表达。那就是某个轴的长度发生了变化。

引力场强度决定了时间轴,所就使空间发生了弯曲。

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