Re: [问卦] 有没有爱因斯坦强到不像话的卦?

楼主: jfsu (水精灵)   2021-07-03 00:03:12
引述《ian1107 (高雄乔许哈奈特)》之铭言:
: 物理领域神人 阿尔伯特˙爱因斯坦
: 在当时科技尚未成熟,人类未登月、太空望远镜也还没发射
: 就创立许多不可撼动 难以超越的理论
: 如 狭义/广义 相对论、E = mc2、波粒二象性、宇宙学 …… 等等
: 深深影响着后世的科学
: 有没有 爱因斯坦强到不像话的卦?
: 0.0
爱因斯坦一些伟大的发现是在1902年到1909年,也是他在在专利局工作的7年,可说是
他一生中最愉快并取得惊人的科学成就的时期。他在1905年这短短的一年内,发表了
四篇在物理领域中开创性的论文,改变了物理学的发展,人们称这一年是爱因斯坦
的“奇蹟年”。
首先是在3月,发表了“光电效应”的论文,提出“光量子”,因此获得1921年诺贝尔奖
。5月,完成关于布朗运动的论文,解释微小分子随机运动的现象;6月,发表了
《论动体的电动力学》,提出了狭义相对论基本原理。为了总结这个理论,9月,
提出质量与能量的等价概念,并导出了全世界最著名的方程式E=MC^2。
当时爱因斯坦才26岁(试问大家在26时在做什么呢?),很难想像一个在专利局办公室
的小职员竟然能有如此惊人的成就,也只有牛顿可以与他相比。
自他16岁开始,他经常问自己一个问题:“要是你追上一束光线,会花生省魔术?”
他花了10年的时间来思考这个问题,并研究了光在“以太”中的传播,最后得出结论:
“牛顿的‘绝对时间’与‘绝对空间’是错的!”
因为根据牛顿的理论,光速就是光速,没有什么特别,要超越光速绝对办得到。只要
你跑得跟光一样快,光在你眼前看起来就是冻结在时间中一串静止的波。不过,
并没有人看过光完全静止的状态,因此,牛顿的理论在此是说不通的。
爱因斯坦更在电磁大师马克士威的理论中发现,光速是一个定值,不管你跑得多快,
光永远以相同的速度前进。因此他认为,时间的同时性都是相对于某个参考系而来,
绝对的“同时”是不存在的,即“相对性原理(Principle of relativity)”。
从这样一个超越牛顿理论的时空观点出发,经由复杂的数学推导和运算,爱因斯坦
得出了狭义相对论(Special Relativity)结论。举例来说,一艘在加速前进的太
空船内,时间的流动会随着速度变快而变慢,同时,船内的空间也会遭到压缩。
换句话说,一把尺会因为你移动的速度改变而改变;又或是,想像你站在地球上、
透过望远镜看到太空船内部,你会发现,里头的时间变慢了,船员的行动变得跟
乌龟一样缓慢,身体也变得跟扁鱼一样扁平。
如果可以的话,要是太空船以光速前进,内部的时间将会停止、太空船会一直压扁到
消失不见,质量则会膨胀到无限大!
你会想说,夭寿喂~这种情况怎么会花生??!!是啊,也就是如此,爱因斯坦才说
要突破光障(light barrier)是不可能的!如同二次元宅宅与三次元现充总是存在不可
交流的次元之壁一样。
物体移动越快,重量越重,表示移动的能量转换成质量,你可以透过E=MC^2来知道
有多少能量转换成质量。这个关于质能等价性原理,日后成为研究原子弹的理论基础。
至此,爱因斯坦自少年时期的疑问终于获得解答:
“不论你跑得多快,光永远会以同样的速度离开你。”
然而,爱因斯坦并没有满足现况,他知道狭义相对论只适用特定案例,即向一个方向
等速运动的物体,可是现实世界却是加速度运动,也就是说,他想要扩展这个理论
可以适用所有的情况,包括无处不在的力量─重力!
他决定挑战已有数百年历史的牛顿万有引力定律,这项工作极为艰钜,连他的朋友
德国物理学家、量子理论的创始者普朗克(Max Planck)说:“身为你的朋友,
又比你年长几岁,我必须劝你放弃。首先,你不会成功;即使你成功了,也不会
有人鸟你。”
但这些劝退的声音并没有让爱因斯坦停下脚步,反而让他更投入破解重力之谜。
开局选最难,但自带主角光环跟幸运S的他,如同狭义相对论是受到一个儿时的问题
的启发,他再一次地做了一个白日梦(X)、思想实验(O)来解决这个难题。
“当你搭乘电梯时,如果缆绳断了,会花生省魔术?”答案绝不是赶快直播或打卡;
现实情况是,你会和电梯以相同的速度落下而感觉处在无重力状态;即便你和电梯
是在地球的重力场内加速落下,但两者的加速度是一样的。
反过来想,当一个人处在加速度上升的电梯中,则会感受到有一股力量在拉着。
1907年,爱因斯坦在其发表的论文中提到:“处在重力场所受到的引力与一个物体
在加速度运动所受到的惯性是完全一样的。”这个简单的论点被称为“等效原理”
(equivalence principle),是广义相对论(General Relativity)的基础。
1916年,爱因斯坦提出了比狭义相对论更强大的武器:广义相对论,换一个字,
当然差很多。根据广义相对论,时空就像西索的念能力‘伸缩自如的爱’一样,
能缩能伸;在特定情况下,这块布可以延伸得比光还快!狭义相对论只能适用于
局部地区,如太阳系;要是考虑整个宇宙,就必须改用广义相对论!
《狭义相对论》修正了牛顿运动定律中的“时间”与“空间”,而《广义相对论》则是
对牛顿万有引力(重力)定律的改造,让“时间”、“空间”与“物质”三者产生关联。
依据广义相对论,万有引力并不是真正的力,而是时空弯曲的表现,是由于质量存在
造成的。想像将一颗保龄球放在四边都拉紧的床单上,保龄球的重量会让床单产生凹陷。
此时,若将一颗弹珠扔到床单,弹珠将会沿着圆形(或是椭圆形)轨道绕行着保龄球。
以此类推,月球绕地球运行,是因为地球的存在造成空间弯曲。
国外示范影片: https://youtu.be/MTY1Kje0yLg
这也是重力波形成的原因,N年前,台北天文馆也有放影片说明,大家可以回味一下
https://youtu.be/vNXJfDvNc2s 三分钟搞懂重力波
我们之所以会站在地球上而不会被抛向外太空,并不是因为万有引力,而是由于
地球在我们的周围持续形成空间弯曲所致。万有引力不再被科学家视为独立的力,
而是空间的几何学概念,在那个空间中,所有的物质都顺着巨大质量造成的弯曲
沿短程线(geodesics,在弯曲空间中广义的最短直线)前进。
为了验证广义相对论,爱因斯坦作出了3点神预测。首先是“水星近日点的进动”。
由于牛顿力学无法解释这个现象,但通过广义相对论的理论计算与说明,水星的进动
为每百年43秒,这与观测值非常接近。
其次是“光的重力红位移”,即光从强的引力场远离时,光的频谱会往红色端移动。
这点也被天文观测所证实。此外,由于太阳的存在,扭曲了从遥远恒星传来的星光,
造成约1.75角秒的偏折。1919年,英国天文学家爱丁顿透过日蚀摄影,验证了这一
现象。这个最具有说服力的结果,顿时让爱因斯坦和相对论成了家喻户晓的名词
,人们将他与牛顿相提并论。
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1.科学少年
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3.科学五千年

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