相對論—愛因斯坦的天才

更新:
阅读时长 7 分钟
相對論—愛因斯坦的天才
圖片: 1informer.com
分享

愛因斯坦最大的資產是他的想像力,其特點是幼稚的幻想,不受現實成熟所強加的模式的限制。

對於愛因斯坦來說,當時物理學提供的對世界運轉的描述是不夠的。他問“為什麼?”他一直在尋找答案,直到他腦海中出現一個模型來解釋自然規律。因此,他創造了相對論 – 一個科學假設,如果不讓你的想像力瘋狂,就無法理解。

光速恆定

這位科學家的第一個靈感可能是開往蘇黎世車站的火車,阿爾伯特·愛因斯坦當時在那裡生活和工作。當我們慢慢地離開車站,望向窗外時,我們看到站台離開了。一個成年人會立刻明白,移動的不是站台,而是火車。然而,愛因斯坦問自己:我們怎麼知道這一點?

答案是地球。這就是我們認為是靜止的,因此我們將速度歸因於相對於它的物體。但是如果地球不存在呢?我們如何知道我們的航天器是在移動還是空間站正在遠離我們?首先想到的是物理定律。也許有一些規則考慮了速度,這樣我們就可以從現象的過程中學習我們是站立還是移動?

為什麼天空是藍色的?
為什麼天空是藍色的?
阅读时长 5 分钟
Ratmir Belov
Journalist-writer

最好的候選者是磁場和電場。在學校裡,我們了解到它確實是一種力量——電磁力。荷蘭物理學家 Hendrik Lorenz 的工作表明,實際上是一個交變電磁場的光必須始終以相同的速度移動,而不管我們的運動如何。

如何檢查?既然我們知道地球圍繞太陽和它的軸運動(相當快),那麼如果光速取決於運動,一束光從西向東移動——因此在地球運動的方向上——應該遵循同樣的方式,不同於第二種,從北到南。這樣的實驗是由美國科學家 Albert A. Michelson 和 Edward Morley 進行的。事實證明,光速真的不取決於它的運動方向。

愛因斯坦知道洛倫茲、邁克爾遜和莫雷以及當時許多其他物理學家的工作結果,得出的結論是,通常不可能區分運動系統和靜止系統.

狹義相對論

運動只存在於兩個觀察者比較他們的系統的情況下,它總是相互的,定義靜止的系統是沒有意義的。因此,所有正確的物理理論都必須獨立於速度和位置,也必須獨立於時間。如果不是這樣,就有可能區分移動系統和固定係統。

如何接受這種恆定的光速?畢竟,這意味著,如果太空“信標”發出了一個光信號,我們擊中了一個接近光速飛行的火箭,並追逐這個信號,它就會很快遠離我們和燈塔。 .這是自相矛盾的,但不是孩子的想像力。

Albert Einstein
Albert Einstein. 圖片: polzam.ru

如果是這樣,那麼要么我們與光束之間的距離增加,要么我們的時間變慢了。空間拉伸或時間膨脹的程度與相對速度成正比。在追求光的情況下,空間會無限延伸,時間會停止。

我們達到了我們的想像力可能不足以滿足我們的地步。時間會停止是什麼意思?我們會凍結在一個位置嗎?嗯,不,我們將正常生活在我們的參考框架中——但我們會感覺像神一樣存在於宇宙其餘部分的時間之外。但由於運動是相對和相互的,我們可以對我們之外的世界說同樣的話。那麼什麼是同時性呢?你如何調和因果原則與此?

珠穆朗瑪峰 – 關於世界之巔的有趣事實
珠穆朗瑪峰 – 關於世界之巔的有趣事實
阅读时长 5 分钟
Ratmir Belov
Journalist-writer

相對論的所有含義還沒有被理解。愛因斯坦列舉了其中最重要的兩個。首先,不可能達到光速。增加速度所需的能量與它與光速之間的差異成反比。以光速運動的物體將具有無限的能量。但既然運動是相對的,那麼這種能量是什麼?正如我們在學校所記得的那樣,運動的能量與速度和質量成正比。所以,愛因斯坦說它應該是巨大的。他由此推導出他最著名的方程式。 E=mc^2 – 質量是一種靜止的能量形式。

從光速恆定得出的第二個結論是需要將時間作為第四維度整合到我們已知的三維空間中,歐幾里得在古代已經描述了這一點。只有以這種方式創造的時空,首先由德國數學家赫爾曼·閔可夫斯基定義,才能正確描述物理學。時空點是特定時間點在空間中的特定位置。連接其中兩個點的時空片段是兩個事件之間的距離。

需要注意的是,它可以是空間的(例如克拉科夫-華沙),時間的(例如2010-2016),也可以是時空的。這些形式中的每一種都意味著同樣的事情。此外,事實證明,光速為最大值的假設導致每個觀察者的時空被劃分為他可以知道的部分和他無法訪問的部分。

廣義相對論

質量不僅是衡量使物體運動所必須施加的力的量度,也是衡量其慣性程度的量度。質量也是重力的來源。這些定義指的是完全不同的現象。它們可以包含相同的物理量嗎?這樣的“事件”在自然界中不會發生。

匈牙利地球物理學家 Lorand Eötvös 使用扭擺進行了相應的實驗。事實證明,慣性質量和引力質量是絕對相等的。對於愛因斯坦來說,這證明了,就像電場和磁場一樣,重力和慣性必須遵循相同的模式。在力的影響下,我們改變了速度的值或方向,這在物理學中稱為加速度。加速度是速度的變化,速度總是相對的。由於運動本身是相對的,因此加速度也必須是相對的。

Albert Einstein
Albert Einstein. 圖片: habr.com

受地球這個我們生活和測量的曲面的啟發,愛因斯坦知道平面不是幾何學所允許的唯一可能性。如果四維時空不是一個平面,那麼沒有任何外部干擾的物體的軌跡,因此根據經典物理定律沿直線運動,就必須是彎曲的。

在一些系統中,這可以用重力來解釋,在其他系統中——通過慣性,在模型中——簡單地通過空間曲率來解釋。在相鄰的平行軌道上行駛的兩列火車,或在同一軌道上但以恆定的間隔行駛,可能會發生碰撞。

馬里亞納海溝是地球上最深的地方
馬里亞納海溝是地球上最深的地方
阅读时长 5 分钟
Ratmir Belov
Journalist-writer

有必要重新思考並行和直接的概念,以及時間的概念。由於空間是彎曲的,所以光也必須在這樣的曲線中彎曲。由於曲率必須引起諸如重力之類的影響,因此每個質量都必須產生時空不均勻性,因此例如影響時間的流逝。

其中許多結論已經通過實驗得到證實,例如水星軌道最近和最遠點的時間流動不均勻,導致其緩慢變化,或者能夠看到隱藏在其他大質量天體後面的恆星。許多其他人仍在等待確認。

目前,愛因斯坦百年前提出的相對論經受住了一切考驗,得到了極大的準確證實。想想這一切都可以從一列瑞士火車開始……
文章評分
0.0
0 个评分
評價這篇文章
Ratmir Belov
請寫下您對這個主題的看法:
avatar
  評論通知  
通知
Ratmir Belov
閱讀我的其他文章:
內容 評分 評論
分享

你可能也會喜歡

臭氧消耗:破壞的原因和後果
阅读时长 7 分钟
Nikolai Dunets
Member of the Union of Journalists of Russia. Winner of the "Golden Pen" contest
全球變暖的問題
阅读时长 5 分钟
Editorial team
Editorial team of Pakhotin.org
全球變暖的後果—氣候變化會變成什麼?
阅读时长 4 分钟
Editorial team
Editorial team of Pakhotin.org
球狀閃電是一種神秘現象
阅读时长 4 分钟
Ratmir Belov
Journalist-writer

編輯推薦

太陽能板能持續多久-專家評測
阅读时长 6 分钟
5.0
(1)
Nikolay Babinov
Renewable Energy Expert
什麼是虛擬助理 – 它的主要功能是什麼以及它在哪些領域使用?
阅读时长 5 分钟
5.0
(1)
Roman Mikhailov
Expert in the implementation of AI technologies