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爱因斯坦为什么要创立相对论?想解决水星进动问题?

若是说狭义相对论是爱因斯坦捡了别人的果实,装在了本身的篮子里,那么广义相对论则完满是爱因斯坦本身一小我的思惟当作果。

若是说爱因斯坦不提出狭义相对论,很快就会有人发现这个理论,但若是没有爱因斯坦,广义相对论不知何时会呈现在人们面前。

足以见得,广义相对论才是爱因斯坦最大的当作就,也是人们熟悉天然的一次伟大胜利,当广义相对论颁发今后,爱因斯坦才名望全球,当作为了可以比肩牛顿的科学巨人。

那么在说广义相对论之前,我们首先要知道的是,为什么爱因斯坦要创立广义相对论,他的念头是什么?

因为在爱因斯坦那时所处的情况中,量子论才是那时研究的本家儿流,并且爱因斯坦也是量子论的创立者之一,他为什么不随本家儿流,而另辟门路去研究引力。

好,我们起头今天的正题。

爱因斯坦的猜疑。

我们知道在狭义相对论中,有这样一个根基假设,所以的物理定律在惯性系下连结逻辑形式和数学形式不变,这是狭义相对论的根本。

而在非惯性系下,物理定理将发生改变,好比您在非惯性系下做自由落体的尝试,小球就不是垂直落下,而是会受到一个和加快度偏向相反的惯性力的影响,下落的轨迹会酿成一个曲线。

因为这个惯性力的存在,您非论做任何尝试,获得的成果城市受到惯性力大小的影响。所以狭义相对论跟牛顿力学一样,回避了非惯性系,选择了简单的惯性参照系,不去考虑非惯性系下的物理状况。

可是爱因斯坦深知,他的狭义相对论和牛顿力学有同样的把柄,这个之前我们讲过,就是您无法精确的界说惯性系,当您描述一个惯性系的时辰,会说一个不受力的参考系会做惯性活动,它就是惯性系,那么什么是不受力?做惯性活动的参考系就不受力。

很较着,这样的轮回论证导致了惯性系无法界说,牛顿为领会决这个问题,引入绝对空间,说,相对于绝对空间做惯性活动的参考系就是一个惯性系。

可是爱因斯坦不克不及这么干,因为他的狭义相对论否认了绝对空间和时候,并且认为活动是相对的,不存在绝对静止的物体。

是以狭义相对论颁发今后,爱因斯坦清晰他的理论根本(惯性系)有问题。

所以在这之后,爱因斯坦底子没有时候顾得上什么量子论,他一向在思虑一个问题,惯性系真的存在吗?惯性系为什么这么特别?为什么它就可以超出于非惯性系之上?

先说惯性系真的存在吗?谜底是否认的!您看,在地球上做匀速直线活动的物体,其实它的活动并非是直线,因为地球自己就是弯曲的。

那么地球自身是惯性系吗?很较着也不是,它在自转还在公转,太阳系呢?银河系呢?都不是。您在宇宙中找不到一个真正的惯性系,即使是漂浮在宇宙空间中的流离行星,它也会受到其他天体引力的影响,所以惯性系存粹就是我们抱负出来的参照系。

而此刻的物理定律却成立在这个虚无迷茫的根本之上,狭义相对论只合用于匀速、和没有引力的宿世界,无法考虑有引力和加快度存在时辰的物理状况。

而真实的宿世界都长短惯性活动。所以爱因斯坦必需丢弃惯性系,他认为物理定律应该是普适的,不该该会因为不雅察者活动状况的改变而发生改变,是以他需要将狭义相对论推广到非惯性活动中去,解决因为引力和加快度的存在,而带来的持久困扰。

爱因斯坦具体是如何,将物理定律推广到所有的参照系下连结不变,这个我们下节课再说。这长短常主要的一步,也是一个很是主要的思惟。

下面我们接着说,爱因斯坦创立广义相对论的别的两个念头。

首先狭义相对论否认了超光速的信息传递,认为宇宙中的任何彼此感化的极限速度为光速,可是,牛顿的引力理论和数学形式貌似并不限制引力的感化速度。

从牛顿引力方程中,我们很轻易发生这样的错觉,认为引力是一个瞬时超距的感化力,这样的感化体例,就会粉碎实际的因果性。

好比,太阳俄然消逝,地球刹时就会飞离太阳系,可是太阳消逝的光线8分钟今后才会达到地球,我们才能获得太阳消逝的这个事务的信息。

若是引力是超距感化力,我们会看到太阳明明在天空中待得好好的,但地球却不知为何不受节制地飞离了太阳系。

这是很较着的违反了因果律,地球飞出去的成果就会呈现在太阳消逝这个原因之前。

所以牛顿引力和狭义相对论不兼容。我们需要从理论和数学上消弭这种超距感化的可能。

其次,除了超距感化以外,爱因斯坦对牛顿引力方程的革新也势在必行。因为狭义相对论出来今后,相对性道理就当作为了一个查验物理理论数学形式的范本。

说白了就是,任何物理定律的数学形式必需知足洛伦兹转变下不变的性质,这个根基道理今朝看来是准确的,已经当作为了物理学中定理中的定理。

只要有一个理论的数学形式不知足洛伦兹协变性,那么这个理论就需要被革新,您看,牛顿力学不合适,颠末革新今后当作为了相对论力学;

麦克斯韦方程组不需要革新,因为人家生成就知足洛伦兹协变性,就拿量子力学中的薛定谔方程,也有相对论版本的,称为狄拉克方程。

很较着,牛顿引力理论的数学形式并不合适洛伦兹协变性,所以革新它势在必行。

这就是爱因斯坦创立广义相对论的念头,从狭义相对论颁发今后的十年间,爱因斯斯坦全身心的投入到了将狭义相对论推广到非惯性系的工作中,底子没有时候例会量子力学的成长。

好了,今天的内容就到这里,下节课我们说,爱因斯坦如何处置困扰他的引力和加快度问题。

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