廣義相對論很難嗎?

科學新視野


相對論不難,它作為大學物理的必修課程,你不掌握基本知識點無緣本科畢業;相對論也很難,因為它不基於普通人的客觀認知,超出了人類的經驗理解範疇,所以頭條裡面一堆手電筒超光速的爭論久久不息。

我們今天只講歷史,不講理論。

狹義相對論的發現

正如題主的提法,狹義相對論的確是一個很接近被發現的理論,如果沒有愛因斯坦,那麼至多5年之內,就會有別的人將它發現,這可以說比較接近歷史事實。


在1905年前後,縱觀科學界發表的論文,和科學家的研究成果,其實很多物理學家都已經接近了狹義相對論。洛倫茲甚至都推導出洛倫茲變換了——狹義相對論的計算基本可以用洛倫茲變化完成。但是洛倫茲始終無法擺脫絕對時空觀的束縛,只能與這項偉大的成就失之交臂。

愛因斯坦自己呢?他是在協調牛頓經典力學以及麥克斯韋電磁學的矛盾時,順道發現了狹義相對論的。我們可以從他寫給達文波特的信中,可以知道這一點細節:根據一般的理由,我堅信絕對運動是不存在的,而我所考慮的問題僅僅是這種情況如何能夠同電動力學的知識協調起來。

簡而言之,在狹義相對論的發現上,愛因斯坦的天才努力當然重要,但是運氣很明顯也站在了他這一邊。

廣義相對論的發現

著名的愛因斯坦傳記作家C.P.斯諾在傳記中這樣記錄:狹義相對論,要是愛因斯坦沒有想到,別人也會想到,很可能在5年之內。這是一件在等著要發生的事。但廣義相對論則完全不同!沒有愛因斯坦的創造,我們今天有可能還在等待那個理論。

廣義相對論的創立,是愛因斯坦思考宇宙中最普遍而神秘的引力問題找到的答案。人類第一次擺脫了絕對的時空觀,認識到時間是可以更改的,不斷變化的,時間甚至還有形狀。一份時間與三份空間結合在一起形成一份“時空”。宇宙的真相就此揭開,人類獲得通向星辰大海的能力。

人類歷史再過百年,我們在別的行星上回過頭來,一定會首先感謝愛因斯坦的。

結語

如果你仍舊執著的思考手電筒的相對運動,光速飛船的疊加加速;記住,你並不是在談論相對論的運動!那是牛頓力學的範疇,是相對論在低速宇宙的近似應用,和真實的相對論一點關係都沒有。

不要浪費美好的青春年華,去緣木求魚好不好。


貓先生內涵科普


客觀地說,是真的很難。雖然是100年前的理論了,但是我們上學學到的很多知識都只是皮毛,而且很多時候為了應付考試,就靠著一些應試技巧來應付。

但是,從文藝復興以來,很多知識和理論實際上都是很艱深的,它們是需要仔細動腦子去思考其中的思想,才能有所收穫,並不是純靠背誦就可以搞得定的。

這就有點類似於,我們小時候會被很多古詩詞,但是我們只是背了這些古詩詞,如果你隨便問小朋友,你知道這首詩為什麼這麼寫?詩人的想表達的是什麼?甚至你問,這些詩人的生平,大多數人都是答不上的。

因此,其實應試並不等於學會。而近現代的物理學,難的不只是數學表達,更多的是背後的物理學思想。很多人能背出狹義相對論和廣義相對論的推導過程,但是他們還是用牛頓的世界觀看待愛因斯坦的理論,結果就會覺得這當中充滿了各種不合理,各種矛盾,最後還是不理解愛因斯坦的相對論的思想。

所以,難的不是理論,而是理論背後蘊含的物理學思想。

然後說回到題主問的那個問題,其實用這個邏輯就能夠解決。對於《狹義相對論》的提出,其實早在愛因斯坦之前,就有洛倫茲提出了洛倫茲變換,懂得狹義相對論的人其實都知道這是狹義相對論當中很重要的一部分,但是呢,洛倫茲不懂得其中蘊含的物理意義;除了洛倫茲,還有龐加萊,他其實早在愛因斯坦之前就提出了同時性的相對論,同樣的,這也是狹義相對論的核心之一。但是,他們最終都沒有提出《狹義相對論》。

楊振寧在他寫過的一篇文章《機遇與眼光》就說到這件事,

洛倫茲有數學,但沒有物理學;龐加萊有哲學,但也沒有物理學。正是 26 歲的愛因斯坦敢於質疑人類關於時間的原始觀念,堅持同時性是相對的,才能從而打開了通向微觀世界的新物理之門。

而愛因斯坦和這兩位龐加萊,洛倫茲不同的是,他深刻理解了狹義相對論的物理意義,並且提出了非常完整的理論體系,順手就統一了“時間”和“空間”,也完美解釋了什麼是同時性的相對性。

所以,其實龐加萊和洛倫茲可以說是非常接近相對論的科學家。相信如果愛因斯坦沒有最終提出這個理論,在那段時間裡,或許也會有人最終想通,並且提出來。

但是,如果沒有愛因斯坦,廣義相對論確實很難被提出來。因為狹義相對論還有兩位科學家已經接近了最終的終點。但是廣義相對論呢?

除了愛因斯坦,就沒有任何一位科學家曾經接近過,但是我們要知道是廣義相對論本身複雜,需要非常複雜的數學基礎,當時愛因斯坦其實是有幫手的,那就是格羅斯曼。但是愛因斯坦也特別擔心其他的數學家搶先。於是,快速發表了廣義相對論。在一次採訪中,格羅斯曼就曾表示過:如果沒有愛因斯坦,就沒有廣義相對論。懂得廣義相對論數學表達的數學有很多,但懂得廣義相對論的物理意義的只有愛因斯坦。

所以,100多年後的今天,相對論還是很難,因為他不符合我們日常的認知。所以,想要理解廣義相對論,是需要轉變思想,突出原來的認知框架,然後好好體會背後的物理意義,才能搞得懂。


鍾銘聊科學


狹義相對論(狹相)難在理解,畢竟打破了我們日常認知的時空觀;而廣義相對論(廣相)難在運算,畢竟能解出場方程的人都是大神,而且每一個有物理意義的解都絕對是重量級的,如黑洞、引力波、蟲洞等等。

雖然說廣相難在運算,但畢竟是狹相的升級版,不理解狹相如何能理解廣相?對我們不準備從事物理學深度研究的人來說,能理解幾個關鍵概念就行了。

核心主張:大質量物體使時空變形,表現為我們感受到的引力。

狹相已經揭示了時空是一體且可變的特點。藉由描述曲面空間的黎曼幾何,愛因斯坦意識到時空就像一張蹦床一樣,大質量的物體能將其畸變。

這種時空的彎曲會將周邊的小質量物體趨向大質量物體運動,越近這種趨勢越明顯,越遠這種趨勢就越弱。

這就完美解釋了“萬有引力”關於兩個物質之間引力的描述,同時還能解釋“萬有引力”所不能解釋的光在大質量物體附近發生彎曲的現象。

廣相成功預言了光從太陽附近經過發生的偏折率,才成為物理學界的支柱。

牛頓的萬有引力定律只能針對有質量的物體而言,而光沒有質量還能不能適用於萬有引力嗎?牛頓在《光學》一書中,也提出過這樣的疑問:“物體能否憑引力彎折遠處的光線?”

牛頓自己並沒有回答,但卻得到了其他一些物理學家的回答。其中德國人索爾德納(Johann Georg von Soldner ),就認定經過一個大質量天體的星光會受到引力而彎曲。

但當被問到為什麼時,他直言不諱地說,把光當經典物體處理運算就行了。而且他還用萬有定律推導出了光受到引力後的偏折率公式,一直被當時的人們所沿用。

直到1915年,愛因斯坦發表了廣相,開創性的提出了引力是時空的扭曲,光在空間裡走最短的測地線傳播,完美的解釋了光為什麼會彎曲。

1919年英國物理學家愛丁頓,作為世界上第二個讀懂廣相的人,通過日蝕觀察結果證實了廣相的這種解釋。而運用索爾德納的公式算出來的偏折率只有場方程的一半。

也就是說在宇宙大尺度上,萬有引力的計算結果遠遠沒有愛因斯坦場方程的結果精確。而萬有引力定律的優勢在於比愛因斯坦場方程簡單多了,而且在地球上完全夠用了,適用第一啊,所以萬有引力定律只要人類還沒離開地球,就永遠適用。

核心常量:光是時空的常量

狹相揭示了光速不變(對應的是時間),廣相揭示了光的運行軌跡不變(對應的是空間)。這是兩個相對論暗示的兩個重要前提。

狹相“光速不變”的概念大家瞭解比較清楚了,“光的運行軌跡不變”是什麼意思?

就是光永遠在空間裡以最近的測地線運動,光在真空中彎曲,不是光改變了運行軌跡而是空間發生了扭曲。

記住:

光永遠沒變。

光永遠沒變。

光永遠沒變。

(重要的事說三遍)

光就好比一把測量時空的標尺,只要把這個概念想清楚了,理解相對論就容易了。相對論的相對性容易把人搞暈,如果你反過來理解,相對論實際上是“光的絕對論”,因為只有光是絕對不變的,這就好理解了。

等效原理:引力等效於加速度。

愛因斯坦用了10年的時間把狹相擴展成廣相,就是為了解釋“引力”造成的運動問題。

狹相研究的是慣性系運動,廣相研究的就是非慣性系運動,而非慣性系就是有加速度存在的運動情況。

愛因斯坦通過他的腦洞敏銳地洞察到物體受到的引力作用,等效於物體做加速運動。

這就是愛因斯坦著名的“電梯假象實驗”為我們揭示的引力感知的本質。

比如我們平時在靜止電梯裡會感覺到一個向下的引力,而如果把這個電梯放到宇宙中,以加速度g向上運動,我們受力的感受就和在地面上一樣。

因此我們可以把一切受引力產生的運動,當做加速運動來處理計算。

廣義相對論的成功並不是靠吹出來的。

黑洞、白洞、蟲洞、引力波、宇宙膨脹,這些都是愛因斯坦廣相中場方程所能包括的宇宙預言,其中黑洞、引力波、宇宙膨脹都已經被證實了。

雖然愛因斯坦場方程很難求解,但一旦解出一個新的的解,那都是些足以顛覆世界認知的存在。

有人說愛因斯坦最大的優點在於,總是能順著思維邏輯推導直至得出一個結果,而全然不在意這個結果有多不合理。

相對論難可能也就是難在思維方式的轉變上吧,畢竟以人類對世界認知的侷限性,不合理才是常態吧。


想法捕手


一門學問難不難因人而異,作為現代物理的基礎廣義相對論量子力學之一,確實需要比較多的數學工具,最重要的數學工具就是微分幾何(要學到黎曼幾何)要到研究生階段才會教到黎曼幾何的程度。難的地方一是數學基礎,二是違反直覺,難以跨越與經典物理的鴻溝。若想系統學習,還是按部就班為好,物理系學什麼課程你就學什麼,普通物理,四大力學先學一遍。這樣逐步積累才可逐步提高物理修養,之後在專門選擇研究的方向進行深入。現在信息通訊較發達,什麼資料都可以找到,資料眾多就看你能不能耐心鑽研了







EYES一2


我只是湊熱鬧,與大家分享洛倫茲簡單變換,物理問題需要數學計算,數學可以檢驗物理的計算過程,以洛倫茲變換為例。

Pdf17頁課文:我們可以設想,在每一個這樣的框架中,劃出三個 互相垂直的面,稱之為“座標平面”(在整體上這些座標平面共同構成一個“坐 標系”)。於是,座標系 K 對應於路基,座標系 K’對應於火車。一事件無論在 何處發生,它在空間中相對於 K 的位置可以由座標平面上的三條垂線 x,y,z 來確 定,時間則由一時間量值:來確定,相對於 K',此同一事件的空間位置和時間 將由相應的量值 x',y',z',t'來確定,這些量值與 x,y,z,t 當然並不是全等的。

你可能不會相信,科學家洛倫茲不能正確使用數學的➕➖✖️➗,正數,負數,速度✖️時間=距離,這些基礎數學知識。這些基礎的知識是普通計算器功能,都是一致的,如果在使用過程中應用這些知識發生錯誤,是可以檢驗的。數學的計算應該是客觀因素為主要,科學家名氣再大,也無法私自改變數學計算的客觀要求,理解科學還是需要具體指向,以洛倫茲變換為例,用一列直線行駛的火車,在火車行駛過程中停留很多站點,火車由於不能向天空方向運動,指向天空方向是座標y軸,變化是0,火車只能在鐵軌上直線運動,不能向兩邊運動,因此z軸座標也是0,作為洛倫茲變換的客觀基礎,他所做的變換正確與否,還是要與這個客體對照。科學的本質是少數科學家對事物的認識寫成的科學書,大部分人是讀科學家的書,我也是,是照搬科學家的思想,還是對照已有的知識進行打照辯認,那是隨人不同,正確的科學知識能夠經受千錘百煉的考驗,因此科學是一個人的知識,經歷千百萬人的檢驗的知識,下面是我讀洛倫茲變換的一些看法:由於課文簡化,將沒有變化的y軸,z軸省略,容易看清楚變換的過程。自己由於對尺縮鐘慢的公式不是很清楚,就想核對這個公式推導過程中的數學思維。尺縮鐘慢是一個使人對時間的認識產生懷疑的一種觀念,人在運動中,飛機在飛行中,火車在行駛中,都使得人對時間的快慢無法確定,對時間產生懷疑。在學習相對論中,認為這個公式是由於洛倫茲對數學正數與負數的概念不清楚,不能正確使用正號,負號導致錯誤產生的。負數是數學術語,比0小的數叫做負數,負數與正數表示意義相反的量。負數用負號(Minus Sign,即相當於減號)“-”和一個正數標記,如−2,代表的就是2的相反數。於是,任何正數前加上負號便成了負數。一個負數是其絕對值的相反數。在數軸線上,負數都在0的左側。洛倫茲公式(4) (x′ + ct′)= μ(x + ct)。應該寫成 (-x′ + ct′)= μ(-x + ct) (4)才能符合負數的規定。這一方向性錯誤,使對事物的認識距離相差十萬八千里。

科學由於存在客觀的一面,如果尺縮鐘慢公式是正確的,一定能夠經得起各種方法的檢驗,複核,如果是假的公式,那麼其公式推導過程一定存在假貨,總會露出破綻。尺縮鐘慢如果作為量度工具,由於誤差的存在,真正做到正確無誤是很難的。尺縮鐘慢也是正常的。但如果是一個數學公式,那就有所不同,尺縮鐘慢的公式應該是來自相對論中洛倫茲變換,我有機會讀洛倫茲簡單變換,就其中問題與大家分享,速度越快時間越慢應該來自相對論中洛倫茲變換,但我讀了洛倫茲變換簡單推導,發現開始四式就存在錯誤,因為數學是一門不以人的感情決定正確與否的知識,它的嚴密性,可檢驗性,都是客觀存在的。x = ct x − ct = 0 (1) 。x′−ct′=0 (2) 。 (x′−ct′)=λ(x−ct) (3) 。 (x′ + ct′)= μ(x + ct) (4)。這是洛倫茲變換四個式孑,能不能用科學方法檢驗其正確性。

科學方法就是能夠對事物的認識,可以翻來覆去的加以檢驗,發現其中的錯誤,不斷糾正錯誤,直到得到正確的結論。數學的基礎,加➕,減➖,乘✖️,除➗,四則運算。速度✖️時間=距離。這應該是小學知識。正數,負數應該是初中知識,正確應用這些基礎知識,也是應用科學方法的所必須具備的。但我在看科學家洛倫茲的變換推導過程中,沒有明白怎樣應用這些知識,因為使用很多的符號。

PDF 54頁 課文 :附錄

一、洛倫茲變換的簡單推導 [補充第 11 節] 按照圖 2 所示兩座標系的相對取向,該兩座標系的 x 軸永遠是重合的。在這 個情況下我們可以把問題分為幾部分,首先只考慮 x 軸發生的事件。任何一個這 樣的事件,對於座標系 K 是由橫座標 x 和時間 t 來表示,對於座標系 K’則由橫 坐 x’和時間 t’來表示。當給定 x 和 t 時,我們要求出 x’和 t’。 沿著正 x 軸前進的一個光信號按照方程 或 x = ct x − ct = 0 (1),傳播。由於同一光信號必須以速度 c 相對於 K’傳播,因此相對於座標系 K’的傳 播將由類似的公式 x′−ct′=0 (2) 表示。滿足(1)的那些空時點(事件)必須也滿足(2),顯然這一點是成立的, 只要關係 (x′−ct′)=λ(x−ct) (3) 一般滿足,其中λ表示一個常數;因為,按照(3),(x−ct)等於零時(x′−ct′) 就必然也等於零。 如果我們對尚著負 x 軸傳播的光線應用完全相同的考慮,我們就得到條件 (x′ + ct′)= μ(x + ct) (4) 方程(3)和(4)相加(或相減),併為方便起見引入常數 a 和 b 代換常數 λ 和μ,⋯,

先理解公式(1)x = ct x − ct = 0 (1) 公式中c表示光速,就是速度;t表示時間;那麼x表示什麼呢?我們由距離=速度✖️時間,式子中可以知道,x表示事件從X軸座標原點到x的距離。例如:光速c30萬公里✖️時間3秒=90萬公里。x就是位於從原點出發到第三個位置的距離90萬公里。如果用每小時100公里勻速行駛的火車描述,每100公里一個車站,火車就是到達第三站,從原點到第三站距離300公里。

X軸座標原點⭕️……1⭕️……2⭕️……3⭕️……

1、⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……第一站作原點。

2、…………⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……第二站作原點。

3、……………………⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……⭕️……第三站作原點。

⋯⋯火車過一站就減去一站,與第二站上車等同,再過一站,再減去一站與第三站上車等同。係數是乘法,而這裡座標移動是減法。

公式(2)x′−ct′=0 (2) 可以理解為第一在原點上車的乘客經過一站,下一站作原點上車的乘客。

公式(3) (x′−ct′)=λ(x−ct) (3) 。左式用公式(2)代入 (0)=λ(x−ct) (3) 右式用公式(1)代入

(0)=λ(0)(3) λ(0)=0,於是公式(3)寫成0=0。

公式(4) (x′ + ct′)= μ(x + ct) (4) 作者是指負方向,什麼叫負方向,假如一個人伸開手臂,右手指向為正方向,那麼左手指向為負方向,其他沒有改變。顯然這個式子出了問題,我們以x➕ct為例,x是距離光運動3秒鐘:距離90萬公里➕30萬公里✖️3秒=180萬公里,光只是向負方向運動3秒鐘,總共位置移動90萬公里,而上式結果是180萬公里,顯然是不成立的,向負方向運動距離應該有負號,才能使人認識事件是處於左邊負方向上,應該寫成距離-90萬公里=-(30萬公里✖️3秒),移項寫成一x➕ct=0。公式(4) (x′ + ct′)= μ(x + ct) (4)應該寫成 (-x′ + ct′)= μ(-x + ct) (4),也是0=0才是。(3)式➕(4)式都是零式,零0⃣️➕➖✖️➗都是零0⃣️,0⃣️也是🈳️的意思,就是什麼都沒有。洛倫茲推導應用在這裡結束了。


KongZWang


《宇宙物理體系》簡介: 它全文9萬字,歷時6年完工。它對舊物理基礎概念定義作了一次全面檢查維修及重建。它以尋找物質基本性質即物性為突破口重建物理學。它增加了若干新的基礎概念定義。它完成了對宇宙大自然最基本最重要最普遍物象進行逐一解釋,且邏輯自洽。


天山我才


我大學物理課上,那個老師說如果沒有愛因斯坦人們到後面也能研究出狹義相對論,但研究不出廣義相對論。


兮兮吾名


導讀:本文摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》。旨在幫助大家瞭解物理宇宙科普知識。

再來說說愛氏廣義相對論的建立:

1905年,愛因斯坦發表了關於狹義相對論的第一篇文章後(即《論動體的電動力學》),並沒有立即引起很大的反響。但是德國物理學的權威人士普朗克注意到了他的文章,認為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美,正是由於普朗克的推動,相對論很快成為人們研究和討論的課題,愛因斯坦也受到了學術界的注意。

1912年,愛因斯坦在聯邦工業大學當上了教授,1913年,應普朗克之邀擔任新成立的威廉皇帝物理研究所所長和柏林大學教授。

在此期間,愛因斯坦在考慮將已經建立的相對論推廣,對於他來說,有兩個問題使他不安。

第一個是引力問題,狹義相對論對於力學、熱力學和電動力學的物理規律是正確的,但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的,兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞,即以無窮大的速度傳遞,這與相對論依據的場的觀點和極限的光速衝突。

第二個是非慣性系問題,狹義相對論與以前的物理學規律一樣,都只適用於慣性系。但事實上卻很難找到真正的慣性系。從邏輯上說,一切自然規律不應該侷限於慣性系,必須考慮非慣性系。

狹義相對論很難解釋所謂的雙生子佯謬,該佯謬說的是,有一對孿生兄弟,哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行,根據相對論效應,高速運動的時鐘變慢,等哥哥回來,弟弟已經變得很老了,因為地球上已經經歷了幾十年。而按照相對性原理,飛船相對於地球高速運動,地球相對於飛船也高速運動,弟弟看哥哥變年輕了,哥哥看弟弟也應該年輕了。這個問題簡直沒法回答。實際上,狹義相對論只處理勻速直線運動,而哥哥要回來必須經過一個變速運動過程,這是相對論無法處理的。正在人們忙於理解相對狹義相對論時,愛因斯坦正在繼續完成廣義相對論。

1907年,愛因斯坦撰寫了關於狹義相對論的長篇文章《關於相對性原理和由此得出的結論》,在這篇文章中愛因斯坦第一次提到了等效原理,此後,愛因斯坦關於等效原理的思想又不斷髮展。

他以慣性質量和引力質量成正比的自然規律作為等效原理的根據,提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照系。愛因斯坦並且提出了封閉箱的說法:在一封閉箱中的觀察者,不管用什麼方法也無法確定他究竟是靜止於一個引力場中,還是處在沒有引力場卻在作加速運動的空間中,這是解釋等效原理最常用的說法,而慣性質量與引力質量相等是等效原理一個自然的推論。


直到1915年11月,愛因斯坦先後向普魯士科學院提交了四篇論文,在這四篇論文中,他提出了新的看法,證明了水星近日點的進動,並給出了正確的引力場方程。至此,廣義相對論的基本問題都解決了,廣義相對論誕生了。

1916年,愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》,在這篇文章中,愛因斯坦首先將以前適用於慣性系的相對論稱為狹義相對論,將只對於慣性系物理規律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理,並進一步表述了廣義相對性原理:物理學的定律必須對於無論哪種方式運動著的參照系都成立。

愛因斯坦的廣義相對論認為,由於有物質的存在,空間和時間會發生彎曲,而引力場實際上是一個彎曲的時空。愛因斯坦用太陽引力使空間彎曲的理論,很好地解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒。廣義相對論的第二大預言是引力紅移,即在強引力場中光譜向紅端移動,20年代,天文學家在天文觀測中證實了這一點。

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廣義相對論的第三大預言是引力場使光線偏轉,最靠近地球的大引力場是太陽引力場,愛因斯坦預言,遙遠的星光如果掠過太陽表面將會發生一點七角秒的偏轉。1919年,在英國天文學家愛丁頓的鼓動下,英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀察日全食,經過認真的研究得出最後的結論是:星光在太陽附近的確發生了一點七角秒的偏轉。

英國皇家學會和皇家天文學會正式宣讀了觀測報告,確認廣義相對論的結論是正確的。會上,著名物理學家、皇家學會會長湯姆孫說:“這是自從牛頓時代以來所取得的關於萬有引力理論的最重大的成果”,“愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一”。

愛因斯坦一下子成了新聞人物,他在1916年寫了一本通俗介紹相對論的書《狹義與廣義相對論淺說》,到1922年已經再版了40次,還被譯成了十幾種文字,廣為流傳。

愛氏相對論的意義,對於我們而言應該永遠銘記和傳授給下一代:

狹義相對論和廣義相對論建立以來,已經過去了很長時間,它經受住了實踐和歷史的考驗,是人們普遍承認的真理。

相對論對於現代物理學的發展和現代人類思想的發展都有巨大的影響。相對論從邏輯思想上統一了經典物理學,使經典物理學成為一個完美的科學體系。狹義相對論在狹義相對性原理的基礎上統一了牛頓力學和麥克斯韋電動力學兩個體系,指出它們都服從狹義相對性原理,都是對洛倫茲變換協變的,牛頓力學只不過是物體在低速運動下很好的近似規律。

廣義相對論又在廣義協變的基礎上,通過等效原理,建立了局域慣性場與普遍參照系數之間的關係,得到了所有物理規律的廣義協變形式,並建立了廣義協變的引力理論,而牛頓引力理論只是它的一級近似。這就從根本上解決了以前物理學只限於慣性系的問題,從邏輯上得到了合理的安排。

相對論嚴格地考察了時間、空間、物質和運動這些物理學的基本概念,給出了科學而系統的時空觀和物質觀,從而使物理學在邏輯上成為完美的科學體系。

狹義相對論給出了物體在高速運動下的運動規律,並提示了質量與能量相當,給出了質能關係式。這兩項成果對低速運動的宏觀物體並不明顯,但在研究微觀粒子時卻顯示了極端的重要性。因為微觀粒子的運動速度一般都比較快,有的接近甚至達到光速,所以粒子的物理學離不開相對論。質能關係式不僅為量子理論的建立和發展創造了必要的條件,而且為原子核物理學的發展和應用提供了根據。

對於愛因斯坦引入的這些全新的概念,當時地球上大部分物理學家,其中包括相對論變換關係的奠基人洛侖茲,都覺得難以接受。甚至有人說“當時全世界只有兩個半人懂相對論”。舊的思想方法的障礙,使這一新的物理理論直到一代人之後才為廣大物理學家所熟悉,就連瑞典皇家科學院,1922年把諾貝爾物理學獎授予愛因斯坦時,也只是說“由於他對理論物理學的貢獻,更由於他發現了光電效應的定律。”對愛因斯坦的諾貝爾物理學獎頒獎辭中竟然對於愛因斯坦的相對論隻字未提。(注:相對論沒有獲諾貝爾獎,一個重要原因就是還缺乏大量事實驗證。)

各位,以上就是關於愛氏狹義和廣義相對論創立的過程,愛氏完成了他的工作。但對於這個工作,我們相信,它還有值得被理解和完善的部分。引力不能量子化的問題,就是其中一個。我自己在《變化》裡也寫出了我的看法。在解釋廣義相對論的過程中,出現了問題。即引力不是時空彎曲的幾何表現,引力的本源是時空!和彎曲沒有關係。具體內容請看《引力的本源》一文。大家永遠記住,我們的問題永遠沒有最後一個!我們要走的路,也很長很長。

摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》


靈遁者國學智慧


相對論的難度,並不在於數學推導,而是在於四維時空的想象。

現代物理學家,推導出很多方程解,用了很多模型解釋,但是,並沒有超出愛因斯坦的框架。可以說,現代人還沒有達到愛因斯坦對時空的理解高度。

有些人認為,是黎曼幾何成就了愛因斯坦的廣義相對論。而事實上,是正相反。愛因斯坦的所有預言,一百多年來的不斷被證明,而證明了愛因斯坦的預言,就能夠獲得諾貝爾獎這一事實,也說明後愛因斯坦時代,理論物理的停滯不前。

劃時代的偉人,是可遇不可求的。愛因斯坦將現代物理學發展到了一個新的高度,同時也讓人類認識到,物理學的盡頭,仍然是很遙遠的。但是,沒有天才的誕生,人類只會徘徊不前。

因此,說相對論很難,一點不為過。現代物理學的兩大支柱,相對論及量子力學。相對論因為愛因斯坦,而使人類可以理解(儘管難懂);而量子力學,儘管人類知其然,卻不知所以然(一團漿糊)。


文化科學宗教探索者


就像日心說難不難一樣。。。。。


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