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愛因斯坦是如何建立廣義相對論的,此文說的清楚!

導讀:本文摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》。 旨在説明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局限於慣性系, 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, 哥在太空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發展。

他以慣性品質和引力品質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, 而慣性品質與引力品質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。

靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》電子版在靈遁者淘寶有。

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係數之間的關係,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,並提示了品質與能量相當,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,而且為原子核子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》

交流互動:lingdunzhe。

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係數之間的關係,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,並提示了品質與能量相當,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,而且為原子核子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》

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