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爱因斯坦为什么能提出超前一百年的相对论?
相对论
1905年,爱因斯坦提出了划时代的时间空——狭义相对论,掀起了物理学的一场革命,一个现代物理学的基石诞生了 。十年后,爱因斯坦提出了新的引力理论——广义相对论 。一百多年后,爱因斯坦的理论预言逐渐被现代科技证实 。那么,在科技不发达的情况下,爱因斯坦为什么会提出这么先进的理论呢?
事实上,在爱因斯坦的时代,相对论的种子已经开始萌芽 。进入20世纪后,物理学家普遍认为物理楼已经基本建成,后人只需要做一些修缮工作 。然而物理楼空上飘着一片乌云,让一些物理学家感到不安 。
早期的物理学家认为,真理空充满了以太,以太是光传播的媒介,以太系统是宇宙的绝对静态参考系 。为了证明以太的存在,迈克尔逊和莫利两位物理学家进行了著名的光学干涉实验 。结果表明,宇宙中没有以太,光速在任何参照系中都是恒定的 。
从麦克斯韦早期的光速公式可以看出光速的不变性 。在麦克斯韦的真空光速公式中,计算光速的两个常数(真空介电常数和真空磁导率)只与真空有关,也就是说光速是常数 。
但是以太的概念深入到了当时物理学家的思维中,甚至当时伟大的物理学家洛伦茨也坚持以太的存在 。为了解释迈克尔逊-莫雷实验,洛伦兹提出了一种数学手段——洛伦兹变换 。
爱因斯坦提出了完全不同的观点 。他坚持实验结果,认为光速是恒定的,只是在时间和空之间变化 。因此,爱因斯坦创立了狭义相对论 。在爱因斯坦看来,牛顿关于绝对时间空的观点是不成立的,时间空随着参考系的不同而不同 。从狭义相对论中得出的结论,如慢钟效应、质能方程等,最终被实验证实并应用 。
爱因斯坦在建立狭义相对论后,一直在研究如何将引力纳入相对论体系 。爱因斯坦用物质和能量空弯曲的几何效应解释了引力现象,从而建立了广义相对论 。
爱因斯坦在广义相对论的基础上,做出了一系列重要的预言,包括引力透镜效应、引力红移、黑洞、引力波等等 。但当时由于科技水平有限,很多预测无法得到验证 。直到近几年,引力波、黑洞等现象才被直接探测到 。
爱因斯坦能够提出先进的物理理论,一部分是因为他敏锐的物理学思维,一部分是因为爱因斯坦站在巨人的肩膀上 。当时有几位物理学家接近狭义相对论 。如果是五年后,狭义相对论就不属于爱因斯坦了 。
但是广义相对论不一样 。如果没有爱因斯坦,恐怕再过50年也不会有人提出这个引力理论 。广义相对论是爱因斯坦一生中最骄傲的成就,他非常有信心自己的理论最终会被实验所证实 。
谁提出了相对论?
相对论是由爱因斯坦提出的 。
相对论是由20世纪杰出的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出的 。相对论是关于时间空和引力的理论,根据研究对象的不同可以分为狭义相对论和广义相对论 。
爱因斯坦在1905年关于运动物体电动力学的论文中介绍了他的狭义相对论 。爱因斯坦在1915年前后发表的一系列论文中给出了广义相对论的最初形式 。相对论和量子力学的引入给物理学带来了革命性的变化,共同奠定了现代物理学的基础 。
影响:
爱因斯坦将这些因素与经典物理学中的时间观空结合起来,提出了狭义相对论,极大地改变了我们的时间观空 。在这一点上,狭义相对论是革命性的 。相对论直接和间接催生了量子力学,为研究微观世界的高速运动建立了全新的数学模型 。
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