爱因斯坦的相对论是在什么条件和基础下发现的?如何理解相对论?

bdqnwqk4个月前基础14

在爱因思坦提出狹义相对论之前出现了一些牛顿理论难以解释的问题。如牛理论认为一切惯性系所有物理规律都相同,包括电磁现象。在牛理论里速度合成直接用矢量相加的。测量平行赤道传播的光线与地球转动方向一致按速度合成要比沿垂直赤道方向传播的光速要慢。但测量的结果一样。迈克尔逊不同情况下的光速测量也都证实光速是个常数。为解释这些现象,物理学家罗仑兹作了深入研究,自然界的所有物体都要在运动方向上收缩,速度越快收缩越厉害。并作出了罗仑兹公式来计算。这样似乎问题得到了解决。大家知道声音的传播媒介是空气被声源的振动引起的。当时光的传播介质被认为是以太。根据相对性原理(一切惯性系上的物理规律是相同的)。麦克斯韦电磁方程表明光速在真空中是不变的。但光速不以所在惯性系的观察者而改变,这些都否定了以太的存在。与罗仑兹有同样发现还有法国大数学家厐加莱。但他们都未能突破牛的理论。爱实现观念上的革命是突破了牛的绝对时间的概念。即时间与空间是不可分割的。为理解相对论就要认为每个惯性系的每位置上都有一个时钟。可以在毎个惯性系上的每个位置上钟对表。取得一致时间。不同惯性系不同位置的钟仅在相遇的一刹那看到对方读数。对运动的列车长度测量是在地面坐标系上两个位置如果一瞬间一个车头位置一个车尾位置,而且地面这两个表指示同时。两个位置之间的距离认为是列车的长。会发现这个长度要小于列车停止时的长度。具体长度可根据车速代入罗仑兹公式计算。车速是车的一个位置经过地面的(位置2-位置1)/(位置2钟指示-位置个1钟指示)。如果车开来时把地面的刚尺扔到车上,车上人自己量车并没有缩短。对于运行的车上的一个表,与地面上的一串表比较会发现,它走过的时间会比地面上的一些表的时间差要小。这就是说运动的钟变慢了。慢多少同样要用罗仑兹公式计算。关于在一个惯性系如何对表,过去讲过,这里不赘述。另外所有的表都默认为同样物理结构。现在假定读者有高中以上文化程度。关于这个议题不多说了,也就是爱因思坦的同代前辈虽然很接近了狹义相对论,未能取得突破,看来主要在时间观念上。在相对论里面时间概念很重要,深入学习其中有很深刻的内容。愿意与有兴趣学习的人交流探讨。

我们都知道爱因斯坦是前无古人后无来者的科学天才,直到现在也没有哪个科学家敢和他相提并论。他凭借旷世奇脑和独特的思维模式独自提出了颠覆全球的相对时空理论,他和他的相对论神圣的科学地位无人能撼动,他的理论引领世界在科学都时空大道上疾驰。

相对论在什么条件和基础下提出?狭义相对论提出的背景

还是16岁时,少年期的爱因斯坦就得知光是快速前进的电磁波(1895年),于是他想:如果一个人以光速飞行,这个人将看不到光,只会看到空间里振荡和停留的电磁场。爱因斯坦热爱哲学,在哲学的统一性和逻辑一致性的影响下,认为应将相对理论与电动力学统一。

当时的物理学家受到牛顿绝对空间影响,也就是绝对参照系的以太,但爱因斯坦发现一些电磁现象与传统的时空物理相矛盾:①迈克尔孙-莫雷实验没观测到地球相对于以太的运动,与绝对时空和以太论相矛盾;②物体运动时表现出相对性的电磁感应现象,无论是磁体运动还是导体运动;③电子的电荷与惯性的质量在电子运动速度下成反比(荷质比),另外麦克斯韦方程组(电磁规律)在伽利略变换理论下并非不变,意味着电磁定律不满足牛顿力学中的伽利略相对性原理。

因斯坦受到了19世纪末马赫的《发展中的力学》论文影响(论文批判了牛顿的绝对空间论),在1905年5月,爱因斯坦在与朋友贝索讨论时,想明白了苦思十年未果的问题:“时间没有绝对,时间与光信号速度有不可分割的联系。”经过5个星期的研究工作,爱因斯坦将狭义相对论展示在世人面前:1905年6月30日,他的《论动体的电动力学》发布在德国《物理学年鉴》上。他假定了光速不变原理,将伽利略相对性原理推广到狭义相对论原理,得出了洛伦兹变换,建立了狭义相对论。表达式S(Rʌ4,η_αβ)。

广义相对论提出的背景

爱因斯坦在1905年同时也发布了一篇关于光线在狭义相对论中,重力加速度对其影响的论文。这也是广义相对论和雏形;在1912年,他又发布了一篇探讨如何将重力学用几何语言来描述的论文,意味着广义相对论运动力学的出现;1915年,他发布了爱因斯坦引力场方程,完整的广义相对论展示在世人面前(表达式:R_uv-1/2×R×g_uv=k×T_uv)。因此可以说,广义相对论是狭义相对论的延展。

如何理解相对论?狭义相对论就是惯性系之间完全等价,不可区分,就是光速与参考系无关。比如不管观察者在地面上还是在疾驰的火车上,测得的光速都是一样的。因此光速不可超越,这已被无数次证明。

广义相对论就是引力是由空间畸变引起的,因此引力场影响时间和距离的测量。