愛因斯坦為什麼能在當時沒有計算機、科技又不怎麼發達的情況下,提出那麼超前的理論?

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答:愛因斯坦是理論物理學家,理論物理學中的創作性工作,最重要的是靠物理自覺和天才的靈感,而非數學計算和模擬。


縱觀整個科學史,每一次基礎物理學的革命,都離不開一項數學新工具的發明。

比如牛頓力學,就離不開微積分;玻爾茲曼的統計力學,離不開概率論;愛因斯坦的廣義相對論,離不開黎曼幾何。



這些數學新工具的發明,給基礎物理的新理論提供了前提條件;但是這些理論要想繼續發展,就離不開數值計算。

牛頓建立經典力學後,科學家們利用牛頓力學定律,去推算天體軌道就遇到了很大的困難,比如三體問題和湍流問題,一般情況下就只能進行數值計算和模擬。


愛因斯坦提出相對論也是一樣的,狹義相對論的數學基礎不難,但是廣義相對論的數學基礎卻不簡單,比如就有拓撲學、非歐幾何等等。



然後愛因斯坦從幾個假設出發,建立了完整的相對論力學,基礎物理的建立並不需要複雜的數值計算,需要的是物理自覺和天才的靈感。


但是現代科學也遇到一個問題,基礎物理學建立之後,衍生出一大批物理學的分支,很多分支領域都需要複雜的數值計算,甚至可以說沒有計算機的話,幾乎是不可能完成的任務。



比如科學家在研究兩個星系相互碰撞時,理論分析無法解決如此複雜的模型,唯有超級計算機進行長時間的計算和模擬,科學家才能得到星系碰撞的理論結果。


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艾伯史密斯


愛因斯坦是搞理論的,有一個誇張的說法是搞理論只需要一張紙、一支筆就夠了。當然現在看是不可以了,現在搞理論甚至可以沒有紙和筆,但是必須要有計算機,要有文獻檢索系統,關鍵還要有一個靈活的頭腦。計算機的主要作用有加快計算過程、計算並模擬複雜過程、形象展示過程;文獻檢索系統可以讓你快速的瞭解你的研究領域最近又有了什麼新的進展,遇到了什麼新的問題。

愛因斯坦說過:提出一個問題比解決一個問題更重要。因為解決問題往往只是數學或實驗上的技能而已,而提出新的問題或新的可能性需要從新角度去看舊問題,需要有創造性的想象力,這標誌著科學的真正進步。如果當時能夠給愛因斯坦一臺計算機,他或許可以把得到相對論的時間由十年變為五年。但是計算機只是一種工具,並不能直接給愛因斯坦提供新的設想和創造力,沒有計算機並不能阻止愛因斯坦發現相對論。

另外,愛因斯坦之前的物理學基本是經典物理學,比起現代物理學要簡單很多。比起現在物理學上海量的運算(互聯網就是粒子物理學家為了傳輸實驗數據發明的),相對論的推導及計算簡直跟喝涼水一樣輕鬆。現在若是在沒有計算機的情況下去發現希格斯粒子,那是天方夜譚。


刁博


愛因斯坦是現代物理學的奠基人之一,是牛頓並肩的最偉大的物理學家。愛因斯坦屬於理論物理學家,具有超常的思維能力和創造力,在被稱為物理奇蹟年的1905年,年僅26歲的愛因斯坦發表了多篇劃時代的論文,光量子理論指導了人類在量子理論的進展,提出質能方程,推動原子核能的利用。

其中,愛因斯坦更重要的工作就是他提出的相對論,對千百年來人類時空觀的進行了革命。狹義相對論提出對於高速運動物體,觀測會發現尺縮鐘慢,質量增加,再到光速不變。隨後十年間,愛因斯坦更是突破自我,進一步創立了廣義相對論,從而把相對論發展到包括引力和加速運動的情況,為宇宙學的研究奠定了發展道路。

愛因斯坦在中學時就開始思考;“如果一個人以光速和光波一起跑,會看到什麼現象”。作為一個追光的好奇少年,他一直為這些問題所激勵。愛因斯坦的工作當然建立在他堅實的數理基礎之上,在16歲就自學完微積分。後來進入蘇黎世聯邦工業大學師從閔可夫斯基。

作為世上最偉大的科學家,愛因斯坦具有超前的思維和富於想象的探索精神,廣義相對論提出的光在引力場的紅移,直到1960年後才由實驗測定太陽的引力紅移來證實。其預言的引力波,近百年過去,才在最近被探測證實。


量子實驗室


在沒有現代科技的幫助下,愛因斯坦在20世紀初提出了相對論,而驗證該理論的實驗都在數十年後才成功進行,尤其是引力波,直到提出100年後才被實驗證實。相對論的巨大成功,讓愛因斯坦成為與牛頓並肩的最偉大物理學家。

相對論是愛因斯坦一生最大的成就,尤其是廣義相對論,這最讓愛因斯坦引以為豪。愛因斯坦曾經說過,如果沒有他,狹義相對論五年內就會被別人提出。但如果沒有他,廣義相對論五十年內也不會被別人提出。從愛因斯坦的言論中可以看到,狹義相對論當時已經是呼之欲出,這是有著時代背景的,愛因斯坦也是站在巨人的肩膀上才有了突破。

當時,邁克爾遜和莫雷的實驗讓物理學家產生了很大的困惑,因為實驗發現光速是不變的,與參照系的選擇無關。而且在更早之前,麥克斯韋從理論推導出了光速是一個常數。基於這樣的事實,愛因斯坦從完全不同的角度提出了狹義相對論,認為光速是不變的,而時間和空間才是相對的。

在狹義相對論提出之後不久,愛因斯坦發現這套理論體系無法把引力納入其中,狹義相對論只能描述慣性系。在思考引力與慣性力問題時,愛因斯坦的思想獲得巨大突破,他從幾何角度來描述引力作用,由此創立了廣義相對論。廣義相對論的預言在當時很難得到實驗的測試,直到數十年上百年後,才有高精度實驗來驗證,並且現在還在不斷經受住最嚴苛的檢驗。


火星一號


愛因斯坦之所以能在當時沒有計算機、科技又不怎麼發達的情況下,提出那麼超前的理論,是因為他天才的大腦和精深的專業素養。

要知道包括牛頓、愛因斯坦、伽利略這樣的科學家,實際上都是通過大腦的理性思維而進行很多思維實驗來認識客觀世界的。最早做著名思維實驗的科學家就是伽利略。他在面對亞里士多德所說的:重的物體下落的快,而輕的物體下落的慢的問題時,經過一個思維實驗就推翻了這個說法。伽利略認為,可以假設有三個鐵球,兩個重8千克、一個一個重6千克。如果將其中一個8千克的鐵球和6千克的鐵球拴在一起,讓它們這個整體和單個的8千克的鐵球。同時釋放以後,看那個先落地?如果按照整體質量是8千克加6千克的是14千克。比單個的8千克鐵球重,當然應該是8千克加6千克的鐵球先落地。但是,如果按照亞里士多德的理論,即使8千克的鐵球和6千克的鐵球雖然連在一起,但是在下落過程中,應該是比較重的8千克的鐵球下落的更快,而比較輕的6千克的鐵球下落的更慢,最終的結果就是6千克鐵球會拖累8千克的鐵球。使得它們整體的要比單個8千克的鐵球落地靠後。可見重的物體下落的快是一個偽命題。


此後,牛頓發現萬有引力定律和牛頓三定律,其實都是通過類似的思維實驗來完成的。而愛因斯坦發現狹義相對論、廣義相對論,更是通過思維實驗完成的。因為與之相關的引力波,直到2016年美國科學家才利用觀測儀器探測到。所以這些科學家即使沒有計算機和高科技設備,也可以通過天才的大腦和長時間艱苦學習、積累的專業素養,來定量化的認識世界。從中我們也可以看出,推動科學發展的絕不是計算機和科技手段,而是超強的人類思維能力!


地震博士


我以前認為愛因斯坦是偉大的科學家,隨著在頭條介紹的愛因斯坦相對論學說,才逐漸認識愛因斯坦是構建一個假說,並不是發現科學真理,只要讀者留意,在他學說中時間概念相互矛盾,他一面用日曆時間作基礎,即光速不變作基礎,另一面又說時間隨速度而改變,他的整個學說,特別是時間的部分是不能自圓其說的學說。

當飛船達到光速,時間都靜止了。這是相互矛盾的學說。

什麼叫光速:光速,意指光在真空中的速率,是一個

物理常數,一般記作c,精確值為299,792,458 米每秒(≈3.00×10 m/s)。這裡的每秒是根據日曆中年,月,日再細分為:小時,分鐘,秒。是屬於日曆時間系統,速度是單位時間的距離,速度需要時間才能表達。時間靜止了,速度失去時間,也就失去速度自身。當光速的基本時間單位等於零,光速也等於零。光速x0=0距離,寫成:Cx0=0 光速就不存在了,這是自我矛盾的學說,一方面光速使用日曆時間,另一方面又說光速日曆時間不適用。作者自身沒有弄明白時間的規律。

如果用日曆時間系統來描述,就沒有時間靜止事情存在。

如果用時間靜止狀態來描述,就沒有光速存在。一切速度都等於零。


717wang


原創思想,恕本人直言,愛因斯坦的理論層次是很低的,而且從相對論的假設前提一開始就出了與宇宙的實在完全不相符合的,很初級的錯誤。他的相對論既不能解釋宇宙從何而來,也不能解釋物質如何誕生。實際上,人類唯一正確的假設前提非常簡單,那就是:宇宙天然合理!在此前提下,原始宇宙,物質宇宙,萬物和人類的誕生皆可以合乎邏輯地推演出來,並能夠解釋一切的一切。所以,愛因斯坦及其相對論應該送進歷史的博物館了!


孤猴78345271


好問題,愛因斯坦的確沒依靠計算機的幫助,就提出了相對論。

請注意相對論是個理論,也就是說這個理論只是比較接近真相,而不是真理。這話還就是愛因斯坦說的。

愛因斯坦回答了牛頓提出的問題,引力是什麼?他的理論闡述過程很囉嗦,另外一個現實是本人在聽這段課程的時候,居然被瞌睡吸引,昏睡過去了。下課後,按照記住的結論,居然通過了考試,慚愧中。

理論最重要的手段就是簡化,牛頓就是依靠簡化才完成了天體物理的計算,有了現代的計算機技術,有一些科技工作者是打算依靠計算機的高超計算能力來解決問題,可是現實卻是然並卵,沒有高超的理論推理能力,複雜的計算還是解決不了問題。

目前的計算機水平,還代替不了人類的科學探索思維。

就像牛頓第一次完成了天體物理的計算一樣,愛因斯坦第一個完成了相對論的理論推導,這就是愛因斯坦對人類的貢獻。

其實在愛因斯坦完成了理論推導之後,為了證明自己推導的正確性,就提出了天文觀測的驗證方法。依據愛因斯坦的理論,在巨大的質量作用下,時空會發生扭曲,導致通過這個扭曲時空的光線會發生偏轉。是不是有點拗口,簡單描述一下,就是光線會轉彎。

然後,藉助一次日食,天文界的確觀測到了光線的偏轉,一個應該隱藏在太陽後面的星星,居然在日食過程中被觀測到了。於是全世界開始逐步確認了愛因斯坦的理論,的確可以指導實踐。

然後,就是原子彈了,對這個故事大家都很熟悉,就不做更多介紹了。

愛因斯坦的科學研究,依靠嚴密的演繹推理,不太需要複雜的計算。計算機自然就沒什麼用。只是到了驗證愛因斯坦的理論時,才需要做複雜的計算,現代計算機才能派上用場。

人的思想能力,目前仍是我們最寶貴的創造力來源。


圓創觀點


個人認為,愛因斯坦之所以能夠提出那麼超前的理論,不僅僅是因為他的高智商,很多時候解決一個問題需要的不僅僅是高超的學術手段,往往需要一些哲學的思維為自己提供一個大致的方向。


要說相對論的解決完全可以由數學家來完成,一個厲害的數學家完全是數學界和物理學界通吃的,有人說如果數學家轉行研究自己感興趣的物理方向,幾乎都能夠橫著走。比如數學王子高斯,有人說如果他把他的手稿全部公佈於世的話那麼數學至少可以往前進50年,高斯閒來無聊時玩玩電磁場推導出了高斯公式,而這成了電磁場的幾大重要公式之一;牛到天際的相對論,其基礎是非歐幾何,高斯早就早就研究出來了只是懶得公佈;高斯還玩過天文學,1801年,意大利人發現了一顆小行星,可是轉眼就找不到了,高斯也納悶了,於是就找一下吧,結果他用三個公式就算出了小行星的軌道,而要知道當初第谷用了一輩子畫星表,開普勒用了大半輩子才推導出開普勒三大定律。但是我們往往又忽略了一點那就是儘管數學家可以解決很複雜的問題但是不一定很富有創造性的想象力。


狹義相對論,其實並不能完全算愛因斯坦的功勞,在他之前洛倫茲就提出了洛倫茲變換也就是狹義相對論的雛形,而另一個數學家——龐加萊,也在愛因斯坦提出狹義相對論之前在這個方面做過大量的工作,但是他似乎無法接受愛因斯坦的狹義相對論,雖然兩個人的結果幾乎是一致的,但是龐加萊只是出於數學方面的考慮,無法將其具象化。而廣義相對論,愛因斯坦差點還失去了這一理論的提出機會,1915年11月,愛因斯坦公佈了完整的廣義相對論,他終於能夠鬆一口氣了,因為在這後半年裡面,他差點就失去了廣義相對論的獨立發現權,而他的競爭對手是希爾伯特,當時最偉大的數學家之一。他們的第一次見面是在1915年6月,當時愛因斯坦正在這個廣義相對論緊張工作著,他提出了一系列的微分方程,可是他似乎永遠也得不到這些方程的解。在這個時候他不得不求助於當時大名鼎鼎的數學家希爾伯特,他和希爾伯特溝通了一些這方面的想法,希爾伯特認真聽了非常感興趣而且還隱約察覺愛因斯坦的方法可能有問題,沒過多久愛因斯坦也發現了其中的問題,而希爾伯特就明確指出了這個方法的問題,並且表示自己也會深入研究這個問題。愛因斯坦一聽壓力便來了,因為希爾伯特是數學家,有著很強大的數學能力,而相比之下愛因斯坦顯然有所欠缺,於是沒日沒夜地計算,不過好在愛因斯坦有著更強大的想象力,最終也爆發出了強大的創造力,搶先希爾伯特一步提出廣義相對論,而希爾伯特僅僅比愛因斯坦晚了幾個星期。

其實從愛因斯坦求助於希爾伯特到希爾伯特得到光子相對論的解僅僅用了幾個月的時間,而愛因斯坦在提出廣義相對論之前有幾年的時間都是因為數學水平所限。

愛因斯坦曾說過:“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”因為解決一個問題需要的是強大的計算手段,這是可以訓練到的,而提出一個問題則需要創造力,這可比單純解決一個問題難得多,這才標誌著科學的真正進步,並且是真正需要天賦的。愛因斯坦就是這樣一個富有想象力的人,想象力比知識更加重要,因為知識是有限的,而想象力可以包含整個世界。如果僅僅從問題產生的那個層次去考慮,你永遠也不可能解決它。愛因斯坦在思考引力是什麼,為什麼行星會繞著恆星永不停息運轉時,依靠的是嚴密的演繹推理,計算並不是很複雜,如果用現在的計算機計算,那是分分鐘的事,但是理論的突破源自思想的突破,而計算機作為一種工具,對思想並沒有任何的突破意義,反而可以起到一個很好的驗證作用。

不然怎麼會說愛因斯坦是難得一見的天才呢?對於一個天才來說,靈感是至關重要的,愛因斯坦的貢獻並不是他計算出了什麼,而是他為人類打開了一扇新的大門,帶領人類進入了一個新的思維世界。有或者沒有計算機有什麼關係,有了計算機計算機就可以自己提出這一套思維理論嗎?沒有計算機愛因斯坦就無法算出方程的解嗎?顯然不是這樣的。


鏡像宇宙


與有沒有計算機沒有太大關係,計算機只能讓運算速度更快,理論上只要有時間,就能達到計算機的運算結果,況且愛因斯坦時代並不需要如今這樣複雜的數學計算!

愛因斯坦之所以提出如此超前的理論,還是在於他異於常人的思維方式,這點更多的提現在了廣義相對論。

而狹義相對論的提出有兩個重要前提(也可以算是假設),那就是相對性原理和光速不變原理,你可以人類這兩個原理就是我們如今所說的公理。

所以,這兩個重要假設是一般人做不到的。如果知道了這兩個假設,只要你在擁有高中數學知識,也可以推導出來狹義相對論的幾個公式!

而廣義相對論相對比較麻煩,裡面有很多複雜的數學推導計算,包括高等數學裡面的微積分等。同時,廣義相對論剛開始時並沒有被大眾接受,在幾十年之後,隨著人類科技水平的不斷進步,才證實了廣義相對論的正確性!

所以說,靈感對於天才科學家來說顯得更重要,物理知識和數學知識比愛因斯坦好的科學家大有人在,但恰恰是在靈感(也可以說是思考問題的方式)的差別,讓愛因斯坦異於常人!

當然,這種靈感和想象力不是憑空而來的,是需要一定的理論知識為基礎的。我們可以說,愛因斯坦的相對論最開始的“假設”很重要,但不是誰都能想到,也不是誰都敢想到那樣的假設!


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