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《狭义与广义相对论浅说》——爱神不是丘比特,是爱因斯坦。

《狭义与广义相对论浅说》——爱神不是丘比特,是爱因斯坦。

作者: pattyzqq | 来源:发表于2018-01-17 21:16 被阅读0次
爱因斯坦(网图 侵删)

爱因斯坦写这本书的目的就是让大众了解深奥的《相对论》,所以已经是很基础的级别,省略了很多复杂的数学论证。看完之后,发现高中物理课本参考的就是这本书,例子都是一样的(估计是编书的想不出其他像爱因斯坦想出的这么完美的思想实验。)还有,我的高数、线代、光学的东西忘的差不多了……囧

在不了解《相对论》的情况下,大多数人就感觉这东西很神秘,能操控时间,回到过去,改变过去等等,其实这都是被电影和无良纪录片导演忽悠了。在看完《爱因斯坦传》和他的这本《狭义与广义相对论浅说》之后,我对爱因斯坦有了一个新的认识:他不仅仅是一位伟大的理论物理学家,更是一位伟大的思想家,伟大的人!(脑子是真的好使!怪不得死后被脑残粉惦记。)

按照章节来说本书分为三部分——狭义相对论,广义相对论,爱因斯坦对宇宙的思考。

狭义相对论

这是大家最津津乐道的理论,也是让爱因斯坦成名的理论。历史太长,我们往往能记住的只是明确的节点,比如这个——爱因斯坦提出了狭义相对论。但是历史都是渐进的,当时的环境是:光学和电动力学的快速发展。这部分的快速发展,有很多现象经典物理学已经无法解释。所以,经典物理学的大厦不是要被填充,而是即将倾倒。相对论呼之欲出,爱因斯坦就是一个先驱者的角色。

当然,我也认为这是他最牛逼的阶段,因为那时候的爱因斯坦不是特别信任数学工具,某种程度上说狭义相对论的出现,是完全靠爱因斯坦的思考和思想实验推导出来的。(这里的不依靠数学工具意思不是完全不依靠,数学是头脑的延伸,有些理论物理学家完全依赖数学,但是爱因斯坦那时候不是这种理论物理学家。)

《狭义相对论》的重要结论我认为太多了,不过可以挑出几个令人印象深刻的:

1.根据简单事实发现伽利略坐标系的局限性:
惯性定律如果考虑到旋转,就会出现了漏洞(地球自转与惯性定律假设的矛盾)。

2.在光传播定律与相对性原理的矛盾中,假设了光速不变,从而确立了狭义相对论。这里的成果就有著名的“洛伦兹变换”(时-空变换):
推导的过程就省了,这里的数学推导有高中数学知识就够了,重要的是思维!思维!思维!其中的参照系的不断转换绝对会绕晕你,这也是我说爱因斯坦牛逼的原因,(开局啥都没有,全靠一颗脑子!)
还有这里发现了一个有意思的地方:正如《爱因斯坦传》中阐述的,爱因斯坦一生都爱简单的公式或原理,所以在光速不变原理和相对性原理的选择中,他选择的前者,因为前者比较简单。(纯属个人瞎猜!)

3.第三点就是著名的能量方程——E= mc² :
这个其实是对洛伦兹变换推导出的方程进行变换,展开,再加上实际情况(物体速度v远小于光速c)的条件后,仅剩的式子。(没学线代的就白瞎了,虽然我学了,但也白瞎了……)

广义相对论

广义相对论的提出,表面上看起来像是爱因斯坦推翻了自己的狭义相对论,不过爱因斯坦自己解释说:狭义相对论对于广义相对论,就相当于经典物理对于狭义相对论,是一种包含与被包含的关系,是更大的定理下的一种特殊情况。我们在做物理题的时候,也会忽略很多因素,比如不考虑空气摩擦,在一种“特殊情况”下完成物体根据惯性定律所做的运动,这就是一种经典物理学的“特殊情况”。

广义相对论解释了很多经典物理学解释不了的现象:
比如水星绕日的轨迹不是固定的椭圆。根据广义相对论的计算结果,和水星每周期的偏差度数完美匹配。

之后进行的在日全食情况下,观测遥远恒星所发的光线在经过太阳时会发生弯曲的实验,也证明了广义相对论的正确性。

(写这么点,是因为我有些懵逼,如果说狭义相对论我还可以跟着数学推导的路子走,爱因斯坦在广义相对论这里基本全是思辨,爱因斯坦的思维的跳跃性真的是太大了,能看懂是能看懂,但是合上书自己印象最深刻的就是本部分的第一段。)

对宇宙的思考

爱因斯坦这里讨论的,主要是宇宙结构的问题。
在思考方式中,采取了升维的方法,即先分析我们可以抽象想象出来的二维宇宙,想象二维生物在二维宇宙对三维宇宙的想象,然后推广到我们自己:在三维宇宙想象四维宇宙。

当然,这是巨难的!!因为人类是无法想象自己没有见过的东西的!所以说数学是一个很神奇的东西,你想象不出来具象,但是可以通过数学来“思考”,人生后半阶段的爱因斯坦非常钟情和信赖数学工具(好好学数学,人类最伟大的发明!)。

通过广义相对论,爱因斯坦做了一个大胆的猜测:我们的宇宙是一个有限无界的宇宙。
可能很难理解,举个例子:对于一维生物,一个圆就是一个有限但是无界的宇宙。(想到了阿西莫夫的《银河帝国·基地》中那句经典的“圆没有端点!”)对于二维生物,一个球面就是一个有限但是无界的宇宙。对于三维生物的宇宙,爱因斯坦举例说它像一个变形虫,恕我愚钝,推不出来他是怎么得到的……不过当然,我们的宇宙爱因斯坦推断也是有限无界的,还用二维生物的测量他们世界的方法,推出了我们宇宙的半径公式,就不给大家写出来添堵了。

至此,这本书我能记得住的东西就写完了。

总的来说,这本书挺好的,让你有重回大学学数学的冲动(哈哈哈,顺便说一句:高斯是神!)。
作为一个现代人,是应该知道这些知识的,可能你没有像爱因斯坦那样的头脑,但是在未来,我们作为一个宇宙人,一个属于宇宙,不是属于地球的种族,这可以是一个引子,让我们知道:我们的征途!是星辰大海!!!

(看完这本书和《爱因斯坦传》,再去看诺兰的《星际穿越》,就会发现有很多有意思的地方~)

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