03.06 如果沒有愛因斯坦,現在能夠出現相對論嗎?

北北北777


經典力學、相對論、量子力學都是對宇宙——天體運動規律或原子及粒子(電子)即時狀態的描述。能量轉化物質,物質產生能量;從宏觀到微觀,只有把萬有引力、磁場、弱作用力、強作用力統一起來,才能正確認識大自然。

小行星撞擊地球導致地臺活化,隕石坑岩漿衝擊波層流裡高速流動的物質產生金屬態氫離子,金屬態氫離子聚合形成二氧化硅並衍生硅酸鹽;在這種極端情況下,四種力同時形成,物質轉化為能量,能量產生新物質。

可見討論某個理論,崇拜某個人,要關注科學的發展;不能盲目崇拜,失去文化自信。





金童希瑞


即使愛因斯坦不存在,相對論也必定會問世,時間上必然會晚一些,但也不會晚很久,因為當時並不是只有愛因斯坦一個人在研究相對論。

任何科學理論都不是平白無故誕生的,而是在特定背景下誕生的,相對論也不例外。

相對論的建立背景是經典力學和電動力學之間的矛盾。



簡單來說,就是“麥克斯韋方程組”和“伽利略相對性原理”之間出現了矛盾;說得再簡單點,就是“光速不變原理”和“伽利略變換”之間出現了矛盾。

伽利略變換說,如果一個人以每分鐘10米的速度在一列每分鐘前進100米的列車上行走,在與列車同向行走時,他相對於地面的速度就是每分鐘110米;與列車反向行走時,他相對於地面的速度就是每分鐘90米。而他相對於火車的速度始終是每分鐘10米。

而麥克斯韋方程組卻說,如果一束光從火車上發射出去,無論同向還是反向,亦或是相對於火車或者相對地面,光的速度都是一模一樣,沒有差別。

於是問題就出現了:麥克斯韋方程組是在大量實驗中被驗證過的完全正確的理論;而大量生活經驗又告訴我們伽利略相對性原理是完全正確的。兩個獨立來看都完全正確的理論,並列起來卻是相互矛盾的,這顯然是一個非同小可的問題。

當時不少人都在嘗試調和這個問題,並不只有愛因斯坦一個人在努力。

問題調和在愛因斯坦之前



亨利·龐加萊 / 法國數學家▲

實際上,最早解決了這一矛盾的是洛倫茲變換——洛倫茲變換本身也是狹義相對論的重要支柱。

而最早得出相對論雛形的人是亨利·龐加萊,他也在愛因斯坦之前就發表了《論電動力學》,愛因斯坦的《論動體的電動力學》雖然也是在同一個月發表的,但比龐加萊晚幾天。

這兩篇論文的內容其實都是針對的狹義相對論,它們的出發點也都是洛倫茲變換,但不得不承認愛因斯坦的論文確實更完善一些。

愛因斯坦不僅優化並引入了洛倫茲變換,還在閔可夫斯基的相助下,引入了四維時空(閔可夫斯基空間)的概念,使得狹義相對論徹底得到了完善。

綜上可見,愛因斯坦確實使得相對論更早的得以問世,但即使沒有他,相對論也遲早會問世,並且不會晚太久。至少狹義相對論不會晚太久。


科學矩陣


答:答案是肯定的,狹義相對論的出現基本不會被延誤,但是廣義相對論就要稍晚一些。


上世紀初,科學界經歷了一個驚心動魄的時代,在短短几十年的時間裡,奠定了人類今後幾百年、甚至幾千的科學基礎;其中愛因斯坦是這個時代的靈魂人物,相對論是他的代表作。



愛因斯坦曾表示:如果沒有我提出狹義相對論,我相信狹義相對論的問世並不會有延誤,因為狹義相對論的時機已經成熟;但是廣義相對論的情況不一樣。


狹義相對論

愛因斯坦這一段話,很好地詮釋了當時的科學背景,愛因斯坦在1905年提出狹義相對論;早在1887年,邁克爾遜就完成了光速不變的實驗,1904年洛倫茲提出了相對論變換(現稱之為洛倫茲變換)。



和洛倫茲合作的還有一位大數學家——彭加萊,彭加萊可是一位全才人物,精通理論物理、數學的各個領域,解決過三體問題。



洛倫茲和龐加萊的強強聯手,幾乎已經跨進了相對論的大門,首先洛倫茲得到了相對論變換,彭加萊甚至還進一步得到了質能方程,只是發表晚於愛因斯坦。




但愛因斯坦捷足先登,在1905年拿下來狹義相對論的首發權,相繼拿下質能方程;就如愛因斯坦說的那樣,他沒有提出狹義相對論,其他人也會提出,在當時的歷史背景下,愛因斯坦暗指的就是龐加萊和洛倫茲。

如果去深入瞭解當時的歷史,在這點上,龐加萊還是有點耿耿於懷的,他和愛因斯坦之間其實是競爭對手的關係,但是兩人之間並沒有公開的矛盾。


廣義相對論

廣義相對論的情況就大不一樣,愛因斯坦在1915年發表廣義相對論的論文,這時候研究引力的科學家並不多,除了愛因斯坦外,比較著名的就是大數學家希爾伯特。



當時背景下,只有少數數據暗藏著廣義相對論的線索,比如水星進動;愛因斯坦藉助黎曼幾何,完成了廣義相對論的基礎工作,得到過廣義相對論場方程。

在這方面,希爾伯特和愛因斯坦也有過一些合作,幾乎在同一時間裡,希爾伯特也得到了等價場方程,希爾伯特更注重數學技巧,物理靈感比不上愛因斯坦,最終廣義相對論這一桂冠落在了愛因斯坦頭上。



所以,就算愛因斯坦沒有提出狹義相對論,也會有其他人提出來,狹義相對論不會被耽誤,但是廣義相對論的問世時間肯定要被推遲,甚至推遲幾十年也不誇張。


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艾伯史密斯


這個問題我從我掌握的物理學史的來回答一下。

首先相對論分狹義相對論和廣義相對論,分別是愛因斯坦在1905年和1915年發表的。狹義相對論更重要,它和量子力學構成現代物理學的兩大支柱。廣義相對論可以看做是狹義相對論的推廣,重點針對引力問題。

就狹義相對論來說,當時出現的跡象已經比較明顯了,和量子力學一樣基本水到渠成。因為麥克斯韋方程組預言的電磁波速度(光速)不依賴參考系,這與牛頓力學的時空觀(伽利略變換)嚴重不符,只能保留一個。以邁克爾遜-莫雷實驗為代表的一系列實驗都驗證了光速不變原理,否定了以太假說。既然一個有實驗支持,自然要動另一個了。但牛頓力學的時空觀背景是經典物理學的基礎,物理學家們不敢輕舉妄動。就狹義相對論的發現來說,愛因斯坦不僅是一個天才,更像一位勇士。如果沒有愛因斯坦,狹義相對論也應該很快出現,畢竟這個矛盾是繞不開的,必須面對。但我估計狹義相對論的建立過程就和量子力學比較相似,由多位物理學家合作而成,而且出現時間不會晚於量子力學(1925-1927年)。

廣義相對論就比較難說了,這個不具備水到渠成的條件,完全靠愛因斯坦的智慧。狹義相對論是廣義相對論的基礎,如果它建立的晚一些,趕上和了量子力學一起出現,後面的主流就是量子力學和狹義相對論的結合——量子場論。那樣引力場估計就作為一個經典物理學理論一直等著被量子化。天體物理和宇宙學會發現一些引力場的時空變化特殊跡象(如引力紅移等),用狹義相對論解釋還不夠,然後物理學家們合作試著推廣,估計能得出一個類似廣義相對論的模型(注意是模型,不是基礎理論),但可能不會把它當成彎曲時空背景,而是僅僅拿來當個有效理論用,等著被量子化,發現矛盾重重,一直沒完成量子化,直到弦論登場。結果其實也和現在差不多,最大區別可能就是沒人關心引力波了。


九維空間


相對論根據是否涉及引力分為狹義相對論和廣義相對論,前者不涉及引力,後者是引力理論。事實上,在愛因斯坦的同一個時代,當時已有許多物理學家已經接近了狹義相對論。愛因斯坦在創立相對論後曾說過這麼一句話:“如果我沒有提出狹義相對,五年之內就會有人提出。而如果我沒有提出廣義相對論,五十年之內也不會有人提出。”這可不是愛因斯坦的自吹自擂,因為從未有人能想到這樣石破天驚的理論。

狹義相對論的誕生是有著歷史背景的。早前的人們認為宇宙中充滿著一種名為“以太”的物質,它們相對於絕對空間靜止,光的傳播依賴於這種東西。由於以太是靜止的,當地球在以太中穿行時,將會產生以太風,這就像風迎面吹向開動的汽車一樣。對此,物理學家想要測量出地球相對於以太的速度。按照以太理論,沿著地球公轉方向運動的光,其速度應該要快於與之垂直的光。然而,著名的邁克爾遜-莫雷實驗表明,光在兩個方向上的運動速度是一樣的,這就證明了以太和絕對空間都是不存在的。

不過,有些物理學家還是不願放棄以太的概念。為此,著名物理學家洛倫茲提出了長度收縮效應來試圖解釋實驗現象,這正是洛倫茲變換的由來。但愛因斯坦另闢蹊徑,他認為以太是不存在的,時間和空間都不是絕對的,而只有光速才是絕對不變的。於是,基於此,愛因斯坦先人一步創立了狹義相對論。

在創立狹義相對論後,愛因斯坦發現,作為自然基本作用力的引力與狹義相對論不相容。於是,愛因斯坦再次另闢蹊徑,他認為牛頓對於引力的描述是不準確的。愛因斯坦認為引力不是一種力,而是由物體彎曲空間所產生的幾何效應。這絕對是思想上的一次巨大飛躍。後來的諸多實驗——星光偏轉、水星近日點進動以及引力時間膨脹效應等等,都能證明廣義相對論的正確性。愛因斯坦對於廣義相對論非常自信,他曾說過,如果實驗結果與廣義相對論存在矛盾,他將為上帝感到遺憾。可以說,沒有愛因斯坦,廣義相對論可能要晚幾十年才能出現,或者甚至根本就不會出現。


火星一號


施鬱(復旦大學物理學系教授)

這是一個有趣的問題。

相對論有兩部分,狹義相對論和廣義相對論。我們先談狹義相對論。

狹義相對論是愛因斯坦1905年提出來的,當時有好幾位物理學家已經非常接近。

首先,邁克爾孫-莫雷實驗正在挑戰以前的時空觀。為了說明電磁波的傳播,當時電磁波的媒介是一種充滿整個空間的物質,叫做以太。 但是邁克爾孫-莫雷實驗說明不存在它與地球的運動。這就是當時物理學天空的一朵著名的烏雲。

1887年,愛爾蘭的菲茲傑拉德提出假想,物體在以太中運動時,沿著運動方向的長度會收縮。

1892年,洛倫茲也提出與菲茲傑拉德類似的假設。所以後來人們稱之為菲茲傑拉德-洛倫茲收縮。

1895年,洛倫茲提出運動物體所在的運動參照系與以太參照系的時間-空間座標之間的變換,乃至在兩個參照系中的電場強度、磁場強度和電極化之間的變換。這與現在我們所知道的洛倫茲變換還差一個洛倫茲因子。特別新奇的是在運動參照系中的時間,但是洛倫茲稱之為幾乎與時間,但並沒有將它當作真正的時間。這篇論文愛因斯坦在1905年之前是熟悉的。

1898年,拉莫給出現在我們所知的洛倫茲變換,而且由此推出菲茲傑拉德-洛倫茲收縮。但是洛倫茲不知道這篇文章。

1899年,洛倫茲給出正確的洛倫茲變換。

1898年,彭加勒提出時間間隔和同時性依賴與參照系。1904年提出洛倫茲的局域時間也應該是真實的時間。 1905年,他還給出洛倫茲變換的一些性質。

這些工作繼續下去,狹義相對論會被發現的,即使愛因斯坦沒有創立狹義相對論。


物理文化與施鬱世界線


沒有愛因斯坦不會出現相對論!當時洛倫茲為了解釋邁克爾遜實驗的結果,在沒有拋棄以太的情況下,賦予以太一定是性質後,推導出了洛倫茲變換。而愛因斯坦的相對論直接拋棄了以太,認為真空裡什麼也沒有,得出了光速不變原理。

但是,隨著科學的發展,特別是狄拉克提出真空不是空的,而是電子的海洋。後來科學家們又發展為:真空是不斷波動的能量海。這就完全和愛因斯坦的認識不一樣了。能量海可以說是以太的翻版,只不過以太是不動的,能量海是不停運動的。所以,愛因斯坦當時認為真空是空無一物的假設是錯誤的,光速不變原理也不成立,所以相對論也是不成立的。廣義相對論是以狹義相對論為基礎的,所以,也是不成立的。相對論使科學的彎路走了110多年,現在還在繼續。

可以說,沒有愛因斯坦就沒有相對論。科學會在原來的軌道上,繼續發展。如果用能量海和天體運動是相同的原理旋轉,同樣可以解決邁克爾遜實驗的結果。這樣,科學發展不會走錯路,發展的會更順利。

關於現在科學對真空的認識,截圖放在下面,省得有不懂的人,老往後腦勺上拍磚。歡迎拍磚,但不懂的別亂拍,容易把人拍懵了。



先生242470081


這種問題說點不好聽的,標準的“扯淡”問題,因為一旦問題中出現“如果”,意味著這種假設不可能實現,你可以隨意發揮自己的想象力,任何形式的結果都是合理的。

話說過來,不否認愛因斯坦的偉大,但人類歷史上任何偉大的人物說白了都是歷史的“產物”,也是時代的產物,沒有誰能脫離他所在的時代!

這意味著是歷史時代產生了愛因斯坦等人的偉大,意味著愛因斯坦和他的相對論並不是不可替代的,沒有愛因斯坦,也會有“恨因斯坦”提出相對論,而且所用的時間不會太長,不用等到現在!

事實上,愛因斯坦的狹義相對論提出之前,龐加萊,洛倫茲還有普朗克等人的研究已經非常接近狹義相對論了,而著名的洛倫茲轉換也是相對論中一個非常重要的方程組!

這點與牛頓發現萬有引力定律頗為相似,牛頓與愛因斯坦同樣偉大,但還是那句話,沒有牛頓,還會有“馬頓”出來取而代之,而且等的時間不會很長!

所以說,人類社會和科技發展到一定程度,社會科技的需求會“迫使”新的理論出現來解決發展過程中出現的矛盾,這是任何人都阻止不了的!


宇宙探索


新物理啟蒙:

新物理啟蒙,也即《宇宙物理體系》啟蒙。為什麼說新物理啟蒙?

因為我們之前陷在舊物理中太深了。經典力學出道333年,量子力學相對論約百年,它們皆不可統一解釋宇宙大自然萬象運行機理,也就皆不成立,但我們之前耳濡目染它相當長時間,在一定程度上已形成認識錯覺,這種錯覺有的人淺,有的人深。現在《宇宙物理體系》出道,要改變我們之前的物理錯覺,並不是一件輕鬆的事情,再者《宇宙物理體系》的思路與舊物理完全不一樣,所以說“新物理啟蒙”。

《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


愛因斯坦是在牛頓等科學理論研究上沒有換藥只是給大家換了迷糊湯,例舉引力方程,出處不同結果相同,愛因斯坦理論只是在前論修詞,我認為引力是電磁力時空組合的表現,如果個人權威迷信崇拜,會阻礙科學的發展於進步。


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