今天终于是有时间来更新博客,记得以前有一次提过相对论,但一直没有接着写。这个理论只是广义部分的数学高深,其实理论部分比较简单,相信大家会喜欢听我白活。
首先,一力给整个物理界来一个概括,给史上物理学家来个排名:
第一名,爱因斯坦。爱因斯坦是20世纪初的物理学家,他独立创立了相对论,包括广义和狭义相对论,而相对论和量子力学可以说是20世纪最伟大的两项理论,所以爱因斯坦树立了当时的权威。另外,在光电效应和量子力学等领域也是大有成就,应该是获得两项诺贝尔奖。但在年轻成名之后,爱因斯坦基本上是和玻尔为代表的哥本哈根学派处在量子力学的激辩之中,往往是被玻尔驳倒。晚年钻研统一场论,想做出更大贡献,可以没有成功。
第二名,牛顿。牛顿的年代是18世纪物理学启蒙时期,论物理学的成就,牛顿做出的是物理学最基础的理论,也许可以说成就和爱因斯坦相当。但是毕竟两人所处年代不同,如果论到两人的智力因素,我更推崇的是爱因斯坦。
第三名,麦克斯韦。很多人觉得奇怪,麦克斯韦好像名气不是特别大,不过他的成就可不小。他处在19世纪,一般的物理学家做出的贡献比较散,而他的成就主要是统一了电磁学和力学的理论,属于比较系统的理论。单单那个麦克斯韦方程就足以让他坐上物理学前几名的宝座。
第四名:玻尔。波尔和爱因斯坦处在同一时代,我把玻尔是定义成一个聪明的集大成者。但论创造性和成就,似乎没法和爱因斯坦相提并论。在普朗克提出量子算符后,20世纪除了爱因斯坦在1905年的狭义相对论外,大多数时间里,都是物理学家在量子物理上做出的完善。由于量子理论过于精深,到目前还没有完善完。而玻尔就是个量子教父,在量子物理的激辩过程中,爱因斯坦经常是处在下风,似乎玻尔在已有理论的掌握上更占上风。但爱因斯坦应该是这样一个人,在已有的理论上,他是不会去刻意记的,他喜欢探索新的东西。
第五名:海森伯。
之后的几个排名物理学家,基本上我认为是在量子理论上作出贡献的人。
在排名之后,我想谈谈爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论。很多人觉得爱因斯坦为什么能突然之间在那时候提出狭义相对论呢?其实并不偶然。在那个时候,包括19世纪末,有好多的科学家在这条路上已经探索了,甚至有人提出过了这个理论,但都没有像爱因斯坦这么系统性的用数学提出来。而大家伙为什么要提相对论呢?这主要是基于一个19世纪的实验。这个实验发现,光在任何参照体中的速度都是不变的。举个例子,比如你站在原地的时候,从手中手电筒射出的光线的速度和你在往前走的时候,手中手电筒射出的光线的速度是一样的。
这让人觉得很奇怪,因为按照我们的常理来说,往前走的手电筒射出的光的速度是光速加上手电筒本身的速度。但实验是不容置疑的。这么看来,光确实是个很奇特的东西,跟普通物质不一样。没错,光太不一样了。
既然这样,科学家就会想了,是不是时间是有相对性的呢?这就是相对论最初的设想。
相对论所谓的相对,并不是说时间先后的相对,而是时间快慢的相对。就是说,在不同参照系中,时间过地快慢是不一样的。我可以举几个很明了的例子:
一:假设我们今天坐火车从北京到杭州,在杭州下火车的时候,我们应该要对一下表了。因为火车是运动的,在火车上的时间比地面上的时间过地慢一点。只不过现在火车速度还远远小于光速,这个误差很小,我们平时观察不出来。所以,我们在地面上观察火车上的人,其实看到他们在做慢镜头,但他们自己觉得自己还是和平常一样的,没有在做慢镜头。也就是说,在不同参照系中,时间是相对的,有快有慢的。这跟我们平常认为的时间都像流水一样的绝对时间理论是矛盾的。时间也可以流地慢一点。
二:假设我们坐在一个从钟表上射出来的光线的箭头上,随着光线飞行。我们去看这个钟表的话,这个钟表是静止的。
三、如果把两个孪生子一出生就分开,一个长年生活在高山上,另一个在地面上。假设地面上过了80年,山上的孪生子下山了。你会发觉山上的那个更年轻一点。因为山上光子的频率低一点,时间过地慢一点。当然,这座山得高一点,要不然误差会很小。也难怪古代的神怪小说中,总是说天上一天,地上一年,看来有先见之明阿。
有了这三个例子,一力相信大家对狭义相对论会有所了解,这里都是最白话的语言了,如果单纯去看相对论教科书的话,可能看了一年还没明白这个理论。
在这个时候,我帮大家提出两个问题,大家知道了答案后,会更明白狭义相对论的意思:
第一个问题:既然时间有快有慢,人能不能通过这个机制来延长寿命呢?
第二个问题:假设一个恒星离我们地球五百光年,也就是说连光射到那里都得五百年。那是不是说,即使我们的飞船达到光速,飞到那也要五百年?飞行员还没到那个恒星就已经老死了?
对于这两个问题的答案,这篇太长了,我放在下一篇回答。 |