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1 # 解悠揚
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2 # 科學矩陣
眾所知周,相對論分為兩大部分——狹義和廣義。
狹義相對論和廣義相對論的主要區別在於:
狹義相對論研究的是物體在“勻速直線運動”的情況下,相對於不同慣性參考系之間的關係。由於絕對的勻速直線運動在現實宇宙中並不存在,因此它只適用於理論研究,或勉強適用於現實中的極小範圍。故而謂之曰“狹義”(文言文都蹦出來了,還真有點小確幸的感覺)。
譬如在軌道上行駛的火車,我們忽略掉它加速的過程,只取全速行駛時的一小段,那麼在不需要特別精確的結果的情況下,就可以無視地球及軌道弧度的影響,將其視為勻速直線運動。
狹義相對論中的一切理論最終指向兩個核心理論——尺縮效應、鐘慢效應。也就是勻速直線運動時產生的時空膨脹效應。
但如果把狹義的時空膨脹效應直接引用到現實中,就會出現雙生子悖論。這正是由於忽略了加速度以及彎曲的緣故。
廣義相對論研究的是物體在“加速度及非直線運動”的情況下,運動在不同慣性參考系之間的相對關係。也就是說,廣義相對論是納入了加速度和彎曲所帶來的影響,將狹義相對論中的理論延伸到了現實中。由於它不再限於理論,而是適用於宇宙中的一切物體,故而謂之曰“廣義”。
因為從狹義中延伸而來,廣義相對論中也同樣存在尺縮效應和鐘慢效應,但由於它納入了加速度和彎曲的情況,引用於現實中就不再會出現雙生子悖論的問題了。
不過,廣義相對論並不僅限於速度帶來的時空膨脹效應,也包括引力場中的時空彎曲效應,並用時空彎曲效應重新詮釋了引力,因此它的公式能夠計算出天體的執行規律,且計算結果比萬有引力更加精確。
當然,在引力影響不大的情況下(例如太陽系內),廣義相對論和萬有引力的計算結果基本吻合,而萬有引力公式更簡單,因此在誤差不大的範圍中依然使用萬有引力公式。
只有引力影響過大的情況下,萬有引力公式的計算結果和現實之間的誤差才會尤為明顯,此時就只能依靠廣義相對論來進行計算。
此外,廣義相對論中也包含了質速關係、質能關係。質能關係就是你所說的質能方程——E=mc²。
坦白講,質速關係和質能關係對於宏觀現象的意義確實不是很大,因為宏觀世界中的速度遠遠小於光速,而它們在低速情況下所產生的影響很小。尤其是質速關係,哪怕對於一架飛機也幾乎可以忽略不計。
但是到了微觀現象的層面,它們的意義就非同小可了。倘若沒有這一公式,就無法得到質量和速度之間的轉換關係,那麼核能學、量子力學根本無從談起。
核能學就不必說了,儘管愛因斯坦沒有親自參與核能研究,但核能研究是基於他的理論來完成的,這一點大家應該知道。
但可能很多人不知道,量子力學的理論是完全服從於質速關係和質能關係的。
那麼這就絕不僅僅是有沒有核武器或核動力的問題了。上到粒子加速器,下到我們日常使用的CPU、光纖技術、光電技術、顯示屏……統統建立在量子力學的研究之下。
換言之,這些看似無關的技術,其實統統都與質能關係有關。
可以說自二戰以後,整個人類科學發展完全建立在相對論的基礎之下,沒有相對論,沒有如今的一切。因為沒有祖師爺,哪來千秋萬代的子子孫孫?
回覆列表
相對論包含兩大狹義相對論和廣義相對論對。
一、狹義相對論
光速不變
大量精確的實驗驗證了光速是不變的。光速是個固定值,大約C=300000KM/S,是個常數,它不隨著觀察者或參照物的運動而改變。
時間是相對的
速度可以改變時間。你運動的越快,時間會過得越慢。當你以光速運動時,時間就會靜止。
舉例:一個人乘坐一半光速的飛船在宇宙航行了25年,回到地球時,地球已經過了50年。
等效原理
地球以每秒30公里繞太陽公轉,並且以每秒500米自轉,我們也感覺不到地球在動。我們之所以能站在地上,是因為地球的引力,質量越大引力越大,假如一個人能夠站在黑洞上,他相對於視界外度過10年的人來說,他渡過的時間遠遠小於10年,即速度和質量等效,它們在拉慢時間方面起的作用是一樣的。(可以觀看影片《星際穿越》)
即不僅速度可以改變時空,質量也可以改變時空。
二、廣義相對論。
質量可以改變時空,把時空拉彎;而且質量越大,時空被拉彎得越厲害。就像速度越快,時間流逝得越慢那樣。黑洞拉彎時空就好像在海綿上放一個鐵球,海綿會凹出一個坑。
時空拉伸
愛因斯坦由此得出大膽的結論:引力並不是一種力,實際上它根本就不存在。我們平時看到的地球和行星繞太陽運動的現象,並不是太陽在吸引著它們轉動,而是太陽拉彎了時空,八大行星不得不沿著彎曲的時空轉動。
彎曲的時空
哈勃太空望遠鏡發現恆星的光線經過星系時恆星的光線有一個折角,並向內彎曲。這個效應讓我們能捕捉到星系後面的光,即星系彎曲了時空。
引力波
兩個星系碰撞或超新星爆發時,會釋放驚人的能量,這種能量會像波紋一樣向四周擴散,從而會形成時空漣漪,這就像一粒石子投進平靜的水面,形成了不斷擴散的水波,在2017年科學家捕捉到了這些時空漣漪。
三、質能方程
而對於愛因斯坦質能方程,E=mc^2,從公式上就可以理解,能量和質量可以相互轉化,並與物質的質量有關,比如一個正物質和反物質發生湮滅,會生成純能量,這種能量是驚人的,區別於常見的化學能,最具代表性的就是核彈。