03.03 爱因斯坦的相对论是通过他做了大量的实验得出来的,还是通过他的想象得出来的?

贺宇宇


我就只谈狭义相对论发现的过程,不谈广义相对论。

可能题主是学文科的,所以我尽可能用最简单的自然语言表达,所用到的数学方程只有一个,小学都学过的勾股定理。

所以,只要你集中一点精力阅读,我保证你能懂什么是狭义相对论。以及为什么相对论如此坚实可靠。

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爱因斯坦时代,当时最快的东西就是火车,狭义相对论讨论的是光速,当时的科技手段,怎么做实验验证相对论?

正因为当时不可能验证,被认为是人类理性智慧最高成就的相对论,是没有获得诺贝尔物理学奖的。

今天是怎么验证相对论的?

比如:飞机上放一个精确的原子钟(动钟)、发射卫星观察相对论效应(gps)、粒子加速器中加速基本粒子......等等。

爱因斯坦说:想象比知识更重要 。

但对一般人来说是想象是「意淫、白日梦、脑补」,对爱因斯坦来说却叫「理想实验」,或者是物理学家费曼说的「规范想象」。

狭义相对论是纯粹思想实验和逻辑推导,但是,即便当时没有很高的观测技术进行实验验证,也挑不出错误。

这是因为狭义相对论这是一个厚积薄发的过程,这是一个从伽利略、牛顿就开始的马拉松长跑,爱因斯坦是最后一棒,冲到了终点站。

(狭义相对论不被爱因斯坦发现,其他人有可能发现,但是广义相对论,如果不是爱因斯坦,可能还过两百年都不会有人发现。)

狭义相对论所需要的两个科学原理:

  • 「相对性原理」
  • 「光速不变原理」

是人类积累了几百年的认知,而且有其他科学家的实验验证(MM实验),以及电动力学的理论预言(麦克斯韦方程组)。

相对论就是在这两个原理之上的逻辑推导。下面,简单说一下这两个【第一原理】。

相对性原理:任何物理学实验都无法区分静止和匀速直线运动的参考系,一切物理学规律在惯性系中等价。

你在地球上跳高不需要考虑地球的自转和公转。如同你在匀速行驶的火车打乒乓球不需要考虑火车运动。

无论是地球、月亮上、外星球(惯性参考系系),物理规律是一样的,这几乎也是不证自明的。

我们人类去过最远的地方是月球,NASA的宇航员还特地验证铁锤和羽毛的下落速度一样。

我们可以推而广之,自由落体定律全宇宙都成立。所以,我们没去过火星,依然能将探测器送上火星。

这些都说明惯性系平权的,不存在一个特殊参考系,这些都是非常符合直觉,几乎不言自明,

所以,爱因斯坦将其上升全称判断:相对性原理(叫『公设、假设』都可以)。

「速度合成」和「伽利略变换」也就是说的运动的相对性,这很好懂:

比如:在匀速前进火车上,你拿一个小铁球松开,掉到火车地板上,你觉得铁球的下落是直线,但是相对地面观察者(地球这个惯性参考系),却是曲线。

图很渣,意思明白就行,

火车参考系,球的下落是直线

地球参考系:因为下落的过程中,火车在运动,地名观察者认为球的下落轨迹是曲线。(其实人也在动,这里没办法描述。)

说简单一点就是:你在行使的火车上将东西扔给同在火车另一个人,你根本无需考虑火车速度。但是,你要扔给火车外面的都人,就要考虑火车的速度了。

这些都是简单的常识,几乎不可能错。所以,相对性原理错了,那才是怪!


光速不变原理

光速不变原理不是常识,而且极其违背「速度合成」的直觉。但却是一个有着精确实验和电动力学理论推导作为支撑的的结论。

【迈克尔&莫雷实验】简称【MM实验】,是利用光的干涉原理做的实验,非常之精确,几厘米的误差都可以測出来。

这个实验是来找一种当时人们假设的光的传播介质「以太」的。

地球在公转,如果光的传播介质以太存在,根据速度合成,地球不同方向上光速是不一样的,可以通过干涉仪的干涉条纹观测到。

但是,【MM实验】显示无论是那个方向上的光速都一样。

这个实验结果让当时的科学界极为困惑,被称为「一朵乌云」,另一朵乌云叫做「紫外灾难」,催生了量子力学。

麦克斯韦建立的电磁学理论,预言了光是一种电磁波,那么速度就是一个常数C:

光速竟然是个常数,当时科学界逗比了,怎么想也想不通。

驱散乌云,以睹青天

当时名不见经传的爱因斯坦,玩了一个「哥白尼反转」。他说:

既然找不到以太,以太可能就是没有,不需要「以太」这个额外假设,也可以很好的解释。

只要愿意抛弃头脑中根深蒂固的绝对时空观,这个问题就迎刃而解。

这就是奥卡姆剃刀的典型运用:如无必要,勿增实体。

把以太用剃刀割掉,之后,再抛弃绝对时间这个概念,服从事实:光速才是唯一不变的标尺。

从数学角度很好办,但从物理学角度我们的脑子会被千百万年进化得到的常识所禁锢。

而理解相对论的诀窍就是抛弃“绝对时间”这个“常识”。

只要将光速不变当做原理和,以常数c不变量,进行逻辑推导,就得到了时空这个变量。

这个方程就是就是洛伦兹变换:

我就还是用渣图来讲解推导过程,前提是只要你懂勾股定理三条边之间的换算关系:

  • 第一原理:光速为常数C (「相对性原理」是隐含前提)

  • 假设一辆匀速运行的火车,速度为V。
  • 火车上有一个两面镜子组成的光子钟,长度为1,光信号在镜子两面来回反射。
那么,火车上的人,看到光走的直线,光走完这段距离,所用时间是:t=1/C

火车以V速运动,由于光速不变,火车以外的人,看到光在T时间内走了一个斜线,:也即:它们的关系,可以用直角三角形表示,

引用勾股定理,可以推出火车外的测到的时间T:

t=1/C,二者比值:

所以,t和T的比值,永远小于1,也即【动钟慢】。

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造物主的语言:数学和逻辑

最简单的逻辑学告诉我们:

逻辑推导前提正确,形式正确,结论一定正确。这几乎是没有办法的驳倒、不言自明的结论。

比如:平行线不相交是不是正确的?这几乎是不证自明的正确。如果「平行线不相交」这个全称判断成立,所有三角形内角和等于两直角(180度)必定正确。因为这是「同言反复」,二者是等价命题。

综上所述,为什么狭义相对论可靠?

因为狭义相对论这幢大楼,建筑在稳固的根基之上。

狭义相对论的的推导前提:光速不变原理和相对性原理,这两个原理(Principle)非常稳固,是人类几百年来认知的沉淀,且从未发现反例。

相对论都是在这两个可靠原理之上逻辑推导,构建的「公理体系」,相当于几何学的定理,只要你承认公设(axiom),证明过程正确,结论就必然正确。

一切何科学理论都是这样的公理体系(axiom systems),环环相扣,你只有推翻原理公设,否则,不可能留缝隙给你。

今天的民间科学家很多连这个简单的道理都不懂。他们不理解科学研究范式,不明白如何在第一原理的基础上构建公理体系。可能是因为没有受过完整正规的学术训练有关。

「宇宙之书」的是上帝用数学写就的,科学确定性、精确性,正是因为应用了数学和逻辑。



小汉字见大历史


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今晚,本文想借助@小汉字见大历史 先生的引文,讲一讲大家都很感兴趣的相对论的问题。

在@小汉字见大历史 引文中,先生以自嘲式的渣图,给出了一个直角三角形(请读者查阅@小汉字见大历史 原文)。

请注意:十九世纪末的物理学大佬们,在看到小爱虚拟的直角边时,无不嗤之以鼻。因为了解相对运动的火车坐标系与地面坐标系,这两者相关关系的任何一个人,都只承认斜边是光线行走的唯一路径。那个直角(垂变)是小爱虚构的路径。换句话说,小爱把一个(好比有认知缺陷的或者被强行关在笼子里的人)只理解或仅关注相对坐标系(行走的火车)内的光路轨迹,与一个现实上完全可以对应(理解相对运动的真实性路径的人)动、静坐标系转换的实际光路轨迹,摆在一起编造故事。竟然还推导出“尺缩钟慢”效应。无疑当年的小爱是幸运的,他的论文(狭义相对论)被发表了!十年后(大约)他的另一篇论文(广义相对论)也被发表了。而且至今为人们广泛传播,并遭到各方质疑。这是现实,无法更改的历史现实。感谢科学历史永久性记录了他的存在。

其实,与之相类似的还有牛顿神论的“动量守恒定理”。令人奇怪的是神论“动量”与爱论”相对”,他们都是把当时公认的物理定律,统统装入数学的“魔袋”,一经逻辑严谨的数学演绎推理,便从出口(方程式的另一端)得到“魔幻”般的镜像。科学界多人认为数学是科学的皇后一点儿也不过份,她不仅美丽而且魔幻,人人向往。就以“皇后”举例(注:是比喻,不是不尊重皇后),善良的人们只关注皇后(肚子里怀的是公认的物理定律)是否生下真皇子,因为他们认为没有科学的真皇帝(本文特指作用关系)所施加的作用(力),皇子是不真实的。果然皇子的身份并不真实。那又能怎么样呢?

牛顿在自然哲学的数学原理一书,以孩童捡拾贝壳🐚与石头的那段名言,表达了他自己的真实内心(——真理的海洋在他身后)。老爱在晚年企图撕毁书稿的传闻,也表达了他当时的真实心境(——怕被后人嘲笑)。

其实二者大可不必如此,有科学家断言:科学从不会静止,今天人们努力描绘的物理定律,就是用来为后人所打破的。

科学也从不那么认为,科学本身的包容性与开放性,允许任何奇谈怪论步入和走出。这就是真实的人类科学史。

果然,一百多年里大家都在围绕爱氏相对论做功课,有人要发奋努力来否定他,有人要发奋努力来肯定他。这就是科学向前发展的动力!如果像十九世纪末物理大咖们那样推测,物理学的大厦🏢已经建立,剩下的就是些修修补补的事情了。那么物理学可能早就寂静而死,但现实当然不会如此。

科学的发展史表明,科学的发展的确需要那些了解物理定律而又喜欢拿数学来编故事的人。这一过程的本身,也大大促进了数学自身的高度发展。无论今后谁来扛这杆大旗都是如此。人们可以不支持某一位科学家的观点,但千万不要羞辱他的人格。因为谁都有可能成为下一个抗大旗的人。

各位看官,无论拥相派和反相派如何感想,本文(虽然尽是胡扯)是今日头条在科普层面上推出的关于狭义相对论的最透明、最公正的解释(除了有些暗示性的引文以及作者尚未发现的原文外),没有之一。希望大家释然!

喜欢拍砖的朋友请把砖头砸向老爱,请把点赞留给作者。因为码字实在辛苦,谢谢大家批评指正!


刘继123广


基本上做的都是思想实验,什么叫思想实验?就是在脑子里模拟,说白了,相对论绝大部分都是是靠“想”出来的。

先说狭义相对论,我们现在知道,它的两条基础原理是:光速不变和狭义相对性原理。可能有些朋友听过这样一个故事,说爱因斯坦在十几岁时,就曾经幻想:假使有一天我能以光速飞行,那么光线在我的眼里会变成什么样子?是一条停滞的电磁波吗?这可能就是狭义相对论最原始的想象了。

到了后来,人们发现麦克斯韦方程组推导出的光速,和参考系无关,再加上迈克尔逊莫雷实验证明了以太的不存在(也即是在不同的参考系内没有发现光速有变动),爱因斯坦就将光速不变应用为原理(一说当时爱因斯坦只知道麦克斯韦的结论而不知晓迈克尔逊莫雷实验),再将力学相对性原理推广为狭义相对性原理,最后靠这两条规定,狭义相对论就这么推出来了。

再谈广义相对论,这个可能就真的是纯粹的脑力想象了。因为爱因斯坦发现无法将引力容纳进狭义相对论,为了解决这个问题,他提出了等效原理,又将狭义相对性原理提升到广义相对性原理,注意,在这些过程中,都没有任何实践操作实验。然后又学了更高等级的数学,最后总共用了十年时间,将广义相对论提出来了。

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


基本上可以认为是爱因斯坦想象出来的,不过中间也有爱因斯坦大量的数学计算,比如广义相对论公式,运用到了的微积分等复杂的数学运算。

狭义相对论基于两个前提:光速不变原理和相对性原理。简单解释,光速不变指的是在任何惯性参照系下光速都不变,而相对性原理指的是在所有的惯性参考系中都有相同的表现形式。

光速不变原理原理在求解麦克斯韦方程组中得到的,并由迈克尔逊-莫雷实验证明,爱因斯坦以光速不变原理为基础,推导出了著名的狭义相对论,包含四个方程式,其中一个就是洛伦兹变换!

而广义相对论更体现除了爱因斯坦高超的智商和不同常人的思维方式。他发现自己的狭义相对论有瑕疵,只适用于惯性参考系,当引力开始起作用时,在非惯性参照系中并不能适用!

于是爱因斯坦大胆假想了他的广义相对论,同样基于两个原理:引力和加速度等效,引力的本质是时空弯曲!

广义相对论刚提出是并没有得到广泛认可,因为它缺乏实验证据,不过随着时间推移,科学家们证实了广义相对论,比如说引力波,引力透像,还有白矮星的质量上限等!

所以,相对论一开始想象成分更多,这也更能体现出爱因斯坦与众不同的思维方式和异于常人的智商!


宇宙探索


这个问题分两部分。

首先是狭义相对论的部分,在这一部分,其实是有一些实验基础的。最重要的实验当然是麦克尔逊莫雷实验,他们本来想测量出地球相对于绝对静止空间的运动,用的是光学干涉的方法,仪器的精密度是够的。但他们没有测量到地球相对于绝对静止空间的运动,这是一件很奇怪的事情。他们没有办法解释,后来爱因斯坦发现他们的实验中用到了一个假设:光的速度可以叠加上地球的运动速度。爱因斯坦推翻了这个假设,换了一个新的假设:光的速度不可以叠加上地球的运动速度,光速永远是光速,不会变的。所以,这个思路一下就推出了一个更震撼的结论:绝对静止的空间,不存在的!这是狭义相对论的基本逻辑过程,是有实验基础的,当然不是大量的实验,也就一个实验。

其次是广义相对论部分,那是没有实验的,有水星近日点的观测数据,但爱因斯坦也是后来才想起这些数据的,一开始爱因斯坦是完全用逻辑思维推出广义相对论的。我觉得你的用词是错误的,这不是“想象”出来的,而是用逻辑的推演的。


潇轩


很遗憾地告诉题主,都不是!爱因斯坦是靠运气得到相对论的。我十分诚恳地告诉题主:相对论和量子力学都是靠运气获得的。

在狭义相对论建立以前,洛伦兹通过假设存在一种我们今天叫做“洛伦兹收缩”的真实收缩,便可以在以太理论上解释一切!这不需要相对论,就可以很好地解决问题了。洛伦兹不是靠想象获得这一收缩的,而是计算。题主自己也可以根据迈克尔逊-莫雷实验在以太理论上算出洛伦兹收缩。换句话,如果没有爱因斯坦,狭义相对论已经有诞生的可能性了。但是洛伦兹所谓的收缩是真实的收缩,后来的实验观测显示,不存在这样的真实收缩。爱因斯坦是如何获得狭义相对论的呢?其实爱因斯坦知道一个天文学观测结果:光行差实验。这个实验可以也可以在以太理论上算出洛伦兹收缩。洛伦兹收缩是狭义相对论的核心。只要有了这个东西,狭义相对论就很容易建立。爱因斯坦之所以能建立狭义相对论,和他的直觉有一定关系,但是我觉得还不如说他的运气好。因为抛弃以太不一定就是对的,或许前面说的那个实验支持了洛伦兹收缩是真实收缩,进而证明以太是需要的!面对同样的洛伦兹收缩,爱因斯坦和洛伦兹的选择截然不同:爱因斯坦放弃了以太,而洛伦兹坚持以太。换句话,每个人都是50%的胜率,爱因斯坦的获胜在这个意义上纯属运气!最终历史记住了爱因斯坦相对论,忘记了洛伦兹的以太理论。

运气好是成功物理学家普遍的特点。运气不好的基本成为不了优秀的物理学家。比如说后来的量子力学,海森伯和薛定谔两个人在两条不同的路上探索量子力学。薛定谔在一开始走了一个不算错误的错误之路,结果落后于海森伯!这就是运气,薛定谔如果一开始就沿着他后来的路走,那么第一个提出量子力学的就可能不是海森伯了!薛定谔的错误之路被后来的三个人走通了,这反过来说明薛定谔的运气确实不好。

此外,还有霍金,霍金运气是好的。无论是黑洞熵还是黑洞辐射,都不是霍金的首创,而是别人有了想法,霍金给算出来了!如果霍金运气差,或许提出这些想法的人就已经算好了,论文也发了,霍金就只能继续躺在病床上无人问津!

所以,我比较坚信:运气是成功者最重要的力量之一。【最近读了一篇讨论运气对学术研究成功率贡献程度的文章。我觉得写得很有道理,因为它的观点和我的观点不谋而合。】

当然,光有运气也不行,还需要坚实的物理数学基础,否则算出洛伦兹收缩就是一个巨大的拦路虎!爱因斯坦提出相对论,尤其是广义相对论,数学曾一度让他心力憔悴!所以,除了运气就是坚实的功底。


科学联盟


施郁(复旦大学物理学系教授)

爱因斯坦不是通过自己做实验来得出相对论的。爱因斯坦创立相对论的过程中有想象,但也不能简单说是通过想象得出来的。爱因斯坦创立相对论的过程实际上是一个理论物理学家的工作方式。

物理学是一个实验科学,相对论也是要有实验基础。虽然爱因斯坦自己不做实验,但是正如他的相对论论文(论运动物体的电动力学)提到的,他知道寻找以太相对地球的运动的实验都是零结果。这一点很重要。

但是爱因斯坦又不单单以此实验事实为基础的。他对于电动力学的麦克斯韦方程作了深入研究,他也一直有诸如“追光”(人能不能追上光?追上以后能看到什么)之类的思想实验。 而且他大量的工作在于对光速不变和相对性原理的后果深入的研究,推导出洛伦兹变换(虽然洛伦兹数学上已经推导出,但是物理意义完全不一样),还要作各种讨论。这就是理论物理学家的工作方式。


物理文化与施郁世界线


爱因斯坦的相对论分为“狭义相对论”和“广义相对论”。但是无论是“狭义相对论”还是“广义相对论”最初都是通过思想实验和逻辑推导而得出来的。

其实爱因斯坦最擅长的就是“思维实验”。无论是在相对论的得出,还是在量子力学的论战中,爱因斯坦都将其使用的淋漓尽致。当年在第五届塞尔维会议上,当时几乎所有的重量级的物理学家都集中于此,爱因斯坦就是在此提出了“光匣子”思维实验,此实验刚一提出,差点将整个量子力学打入万劫不复之地,这可不是开玩笑,若不是当时著名的物理学家玻尔(也就是量子力学哥本哈根学派的代表人物)竭尽全力,苦思冥想最终找到了“光匣子”实验的破绽,彻底的推翻了“光匣子”的结论。从这以后,量子力学的魅力才真正折服了所有的物理学家,正式被物理学界所接受。当然,怀疑反对量子力学的事情一直都在发生,但是却没人能给出令人信服的理论来。



其实我们可以从上面的“光匣子”实验可以看出,爱因斯坦是多么的擅长利用思维实验来解决物理难题。我们也知道当年的“狭义相对论”也正是基于爱因斯坦的思维实验上而推论而来的,看过狭义相对论的人都会被爱因斯坦的想象力和无懈可击的逻辑思维所折服。整个狭义相对论有两个最基本原理,一个是相对性原理,另一个就是“光速不变原理”。除了狭义相对论之外,还有广义相对论的提出,这个就更是很少有人懂了,广义相对论的所有结论也是根据爱因斯坦的“思维实验”推导而来的,其中最著名的原理就是“等效原理”,爱因斯坦第一次将“引力质量”等效为“惯性质量”。就是如此一个开创性的做法,使得整个广义相对论的难度瞬间飙升。



也正行为爱因斯坦的相对论基本上是完全依靠“思维实验”而完成的,但是没有经过真正的科学实验验证,得不到实验数据的支持,爱因斯坦始终都没有在相对论上获得过诺贝尔物理学奖。而是在他看来并不起眼的“光电效应”的论文上获得了他一生唯一一次诺贝尔奖。


其实这并不是讽刺他,恰恰相反,这更表明了爱因斯坦的伟大之处,以及他的思想是如此的超出常人,以至于后来人都争相恐后的研究他的相对论。也有人说,爱因斯坦得到诺贝尔奖并不是爱因斯坦的荣誉,而是诺贝尔奖的荣誉。虽然这已经言过其实了,但是放在爱因斯坦身上也并没有什么不对。

最后用爱因斯坦的名言结个尾:“想象力比知识更重要”!


科学与历史爱好者


爱因斯坦——当代最伟大的物理学家。我想这句话没有人反对吧,说到爱因斯坦,我们都知道现代物理学两大支柱之一就是相对论,而作为相对论的提出者,爱因斯坦提出相对论经历了一个怎么样的历程呢?让我们一起来看一看吧:

一提起爱因斯坦,人们就容易将其和天才二字联系起来。也的确如此,爱因斯坦是百年难得一遇的天才,虽然我也可以很直接地说即使没有爱因斯坦,相对论也会被提出,只不过是时间上晚一些而已。而爱因斯坦,这位享誉世界的物理大师,是一名理论物理学家而不是实验物理学家,这两者还是有很大的区别的。比如说理论物理学家负责提出理论,而实验物理学家负责验证理论的正确性。很显然,爱因斯坦提出相对论当然不是他通过实验得出来的,而是由他超凡的数学才能、严密的逻辑推理能力以及极富想象力的大脑创造出来的。

如果说狭义相对论不能算是爱因斯坦一人的贡献,那么广义相对论实实在在是爱因斯坦以一人之力提出来的。在狭义相对论发表之前,洛伦兹提出的洛伦兹变换以及迈克尔逊和莫雷通过实验得出的光速不变原理都是狭义相对论的基础,当初洛伦兹经过推导得出一系列公式,但是却因为与经典物理学相悖而放弃了继续探索下去的想法,从这方面可以说爱因斯坦只不过把别人不敢想不敢说的话说出来了。

而广义相对论就不同了,它是将经典的牛顿物理学的万有引力定律和狭义相对论加以推广,狭义相对论可以说是一种静态的,特殊情况的,而广义相对论则是将引力也纳入其中,并且是提出了一种全新的描述引力的概念。1907年,当爱因斯坦应邀写一篇狭义相对论的文章的时候,他发现了除了引力定律之外的所有自然定律都可以在狭义相对论的的范围内讨论,但是惯性质量和引力质量的问题却无法用狭义相对论讨论,这也是狭义相对论的局限性,正因为此,爱因斯坦萌生了提出广义相对论的想法。

引力和惯性力都是固有存在的,引力只与引力质量有关,惯性力只与惯性质量有关,与物质的其它特性均无关。在爱因斯坦之前,关于引力的描述很模糊,用牛顿的话来说引力就是万物之间都存在的力,天上的和地下的力,都是同一种力,在牛顿的观点里,引力还是一种超距力但是具体引力是怎么产生的却没有说清。

于是,爱因斯坦做出了物理学思想上的一个重大突破,他大胆猜测,引力效应可能是一种几何效应。万有引力不是一般的力,而是时空弯曲的表现,由于引力起源于质量,他认为时空弯曲起源于物质的存在和运动。爱因斯坦产生了与当年黎曼类似的猜想,但是爱因斯坦在建立新理论的过程中却深感自己数学能力的不足,于是他求助了自己的好友格罗斯曼以及希尔伯特。后来在朋友的开导下,成功地推导出了广义相对论公式。

所以说,如果单单用仅有的数学知识,不说推导出广义相对论,就连是想都想不到怎么去解释引力,我们不得不佩服爱因斯坦天才的想象力。爱因斯坦有一句名言:“提出一个问题往往比解决一个问题更加重要。”诚然,爱因斯坦的成功离不开他的想象力,在他16岁的时候,他就开始思考“假如我骑在一条光线上,追上了另一条光线,那将会看到什么现象?”对于这个看似荒诞不经的问题,他却用了10年的时间来考虑,并最终创立了举世瞩目的相对论。所以说哪怕是天才,也不是一天练成的, 天才做出天才的发现,也需要日积月累,也需要不断思考。


镜像科普


爱因斯坦没有做过什么实验,相对论是依靠他卓越的逻辑思维能力总结出来的,特别是广义相对论,更是爱因斯坦跳跃式思维的体现。我们知道,狭义相对论的两个基本出发点是光速不变与狭义相对性原理。这些成果在爱因斯坦之前就已经有了,比如在19世纪中期时,麦克斯韦预言了电磁波的存在,速度是光速,光也是一种电磁波。

在麦克斯韦去世后的第八年,也就是1887年,阿尔贝特·迈克尔逊与莫雷两个人进行了一次实验,原本的目的不是为了测验光速不变,而是在假设以太存在的基础上,测量地球相对以太的运动速度,他们原先是这样认为的,如果以太存在,那么服从伽利略变换(当时还没有出现洛伦兹变换)的话,如果干涉条纹发生了移动,那么测出移动的距离,就可以求出地球在“以太风”中的运动速度了,可是,干涉条纹并没有任何移动。

后来,实验也被重复做了几次,得到的结果都是这样。

这样的结果说明了,“以太”这个概念可能是不存在的,光速是不变的。在做出这个实验的以后几年中,在1895年,洛伦兹提出了自己对于这个实验的解释,并提出了长度收缩公式,顺手也把时间调慢了一点,但他为何要调慢时间,没有任何的依据,可能只是为了让计算结果更符合迈克尔逊莫雷实验的结果吧。这就是洛伦兹提出的洛伦兹变换了,是最早的形式,不过呢,洛伦兹还是在假设以太存在的基础上提出的。

在1905年,爱因斯坦意识到,既然光速不变,那么以太就没有存在的意义了,于是摒弃掉以太,而且,爱因斯坦尤为看重洛伦兹变换,于是对其进行了新的解释,并赋予了洛伦兹变换新的物理含义,爱因斯坦用它来解释迈克尔逊莫雷实验结果。

当然了,狭义相对论的核心也就是洛伦兹变换。

而在1916年,爱因斯坦发表了他的广义相对论,更是爱因斯坦跳跃性思维的体现。


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