能说一下狭广义相对论的内容吗?

发布时间:2022-07-18 发表于话题:相对论内容 点击: 当前位置:黄埔网 > 科技 > 能说一下狭广义相对论的内容吗? 手机阅读

其实,在百度或者谷歌、维基百科上都可以查到狭义、广义相对论的详细说明,题主会利用知乎来问,很明显的就是那些详细的说明一般人看不懂。为什么会这样呢?因为,一个理论必须用严谨的文字来描述,才不至于描述的不够准确,然而,就是因为用词太严谨了,所以一般人看不懂。这就好像科幻电视剧里如果提到相对论,台词绝对不会用百度或者谷歌上说明相对论是什么的文字,不然的话说起来肯定绕口,听起来绝对难受。

所以,要让一般读者看得懂,就要避免说的太严谨,但也不能误导读者,在此先铺垫一下,打个预防针,同行专家拜托别挑毛病,因为此回答的目的不是详细且准确的解释相对论,只不过浅薄的说说相对论的故事。

以下进入正文:

如果甲以匀速80公里开车,对向车道的乙也以80公里匀速开车,站在路边的丙会看到两车互相以80公里时速靠近,但是对甲来说,如果没有旁边的参照物,甲是静止的,乙是用160公里的时速靠近甲;对乙来说也是一样的。这就是参照系不同的现实感受。

再举一个例子,甲站在一个匀速100公里的车上,手上拿着一把枪,假设这把枪射击的子弹也是以匀速运动,子弹时速是500公里。忽略空气阻力的情况下,对甲来说,子弹是以500公里时速远离甲,但是从子弹的角度来看甲是以600公里的时速远离子弹,所以,对子弹这个参考系来说,甲的速度是车子的速度与子弹速度的叠加。

以上的情况我们都很好理解,也符合观测与实验的结果。但偏偏就在测量光速时碰到了匪夷所思的结果。

物理史上有个著名的实验,叫做迈克尔逊莫雷实验(Michelson-Morley Experiment),1887年在在美国的克利夫兰进行。这个实验的结果显示,不论从地球上的哪个方向发射光线,不论从哪个参考系观测,光速都是不变的。

白话一点说就是,在一艘以光速0.5倍速度航行的宇宙战舰上发射激光炮,激光炮无论朝哪个方向,速度都是光速,观测者无论是在宇宙战舰上还是地球上或是太阳系的任何一个星球上,观测的结果也一样,激光炮发出的激光的速度都是光速。

太奇怪了!如果甲、乙两者是静止的,互相对彼此发射光线,从甲发出的光线来看乙发出的光线是光速,并非两倍光速。为什么两辆相对运动的火车,其中一辆观测对向的另一辆的相对速度是两者叠加呢?这个问题爱因斯坦用狭义相对论来解释。但在爱因斯坦发表狭义相对论的前一年,亨德里克・洛伦兹(1902年诺贝尔物理学奖得主)提出了洛伦兹变换来解释迈克尔逊莫雷实验的结果。根据他的设想,观察者相对于以太这个介质以一定速度运动时,长度在运动方向上发生收缩,抵消了不同方向上的光速差异,这样就解释了迈克尔逊莫雷实验的结果。洛伦兹变换的公式如下:

v=太空船速度,c=光速,t=参考系时间(例如:地球),tv=太空船上的时间

不过,亨德里克・洛伦兹的解释是在有"以太"这个介质的基础上,但"以太"已经被证明不存在。因此,爱因斯坦提出了狭义相对论。狭义相对论中有一个公设,那就是『真空中的光速是一个常数,在任何参考系中光速不变』。狭义相对论的空间和时间是一体的,并不相互独立,所以光速之所以不变并不是因为长度拉长了而是因为时间被拉长了,时间与空间是一个四维时空整体,不同惯性参照系之间的变换关系式与洛伦兹变换在数学上等价,也就是说可以利用洛伦兹变换计算出来,虽然洛伦兹对光速不变的解释不正确。

洛伦兹因子

在洛伦兹因子中,v是物体的运动速度,c是光速。如果v等于光速,那分母就是零,其值就是无限大,所以时间就变成无限长,也就是时间静止了,换言之,物体以光速运动时间是静止的。事实上,任何物体的速度没有达到光速的十分之一,时间拉长的效应几乎可以忽略(狭义相对论的应用之一是全球定位系统,在全球定位系统中不能忽略哪怕百分之一光速的速度,不然误差可就大了)。

以上就是狭义相对论的核心部分,虽然不是全部,但能理解这部分就足够了。

广义相对论与狭义相对论之间的不同在于,后者不包含引力的作用,前者是将引力考虑进来。

广义相对论最简单的描述就是,引力会造成时空的扭曲,因为时空的扭曲所以改变了物体的运动方向。也就是说,地球绕太阳公转、太阳绕银心公转是因为引力,而引力造成了时空扭曲,所以地球/太阳公转一直在改变前进方向(非直线,圆周运动的运动方向一直在改变),变成了绕日/银心运动。光线经过质量很大的物体(大质量恒星、中子星或者黑洞)也会弯曲,但不是因为光线自己会转弯,是因为空间扭曲了,所以大质量恒星可以看成一个凸透镜,来自恒星后方的光线会被恒星扭曲。

广义相对论这个『引力会造成时空扭曲』的假设也由亚瑟・斯坦利・爱丁顿爵士于1919年5月29日在普林西比岛观测日全食时,太阳附近其他恒星的位置变化证实了光线确实被太阳的引力弯曲了(因为时空扭曲)。

本文来源:https://www.huangpucn.com/info/228808.html

标签组:[爱因斯坦] [广义相对论] [光速

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