爱因斯坦自信的说“狭义相对论如果我不发现,五年内也会有人发现; 广义相对论如果我不发现,五十年内也不会有人发现”。广义的发现是否五十年,但狭义相对论确实会很快被发现,因为在爱因斯坦同时期的洛伦兹、普朗克等人已经很接近狭义相对论了。

爱因斯坦广义相对论内涵是什么(深入浅出解析爱因斯坦相对论)(1)


狭义相对论的缺点

狭义相对论虽然在当时取得了巨大的成功,但是适用范围成为了问题,这让爱因斯坦头疼不已,并没有沉浸在狭义相对论成功的喜悦。因为狭义相对论只适合于惯性系,而宇宙中存在着引力作用等干扰因素,导致加速度无处不在,根本就没有所谓的惯性系。惯性系指保持静止或匀速直线运动状态的参考系。万有引力作为宇宙中基本的作用力之一,引发狭义相对论的矛盾,爱因斯坦曾试图将万有引力定律纳入狭义中进行修改和优化,但都失败了,这是一个很严重的问题!

那么狭义相对论错了么,也没有错,狭义被认可之后都进行了一系列的科学试验,无论高速飞行原子钟、电磁学各种研究和原子弹爆发等的科学实践都证明了狭义相对论的正确性。

广义相对论诞生

上面说讲到的万有引力会“破坏”狭义相对论的定律,主要是有引力作用问题会导致惯性系的失去,没有了惯性系,狭义中的原理也失去了意义,理论是正确的但生活中却用不上的意思。于是爱因斯坦困惑,某天脑海里的一个突发奇想:

当一个人做自由落体运动的时候(或者从很高地方掉下来),他是不会感觉到自身有重量的。这一突发想象让爱因斯坦喜出望外,试图把这个道理引入相对论中,为什么感觉不到自身重量呢?做自由落体这个人的参考系中,有一个新的“惯性力场”,这个惯性力场抵消掉了地球引力,所以人自身感觉不到重量

惯性力可以看做是一种力场,跟引力场一样,被施加与一种力量导致物体的运动,于是爱因斯坦意识到“在某一个局部空间,引力场和惯性力场是等效的”。

于是有个著名的想象实验——爱因斯坦电梯,设想某个远离引力场(所受引力作用影响为0)的理想空间中有一个电梯,电梯在做匀加速向上运动,不是匀速而是匀加速运动,加速度的大小刚好等于地球表面的重力加速度(g),那么站在电梯内的人会感觉到自身的重量,如果在电梯内称量体重就会发现跟地球称的重量一样。如果这个人假如不知道处于这样的环境下,而电梯又是封闭看不到外界的,那么这个人会以为他在地球表面的封闭电梯里,并不知道是在一个“非引力”的空间内。这个想象实验的结论让爱因斯坦提出一个理论——等效原理。

以前人们都认为站在一个匀速上升的电梯,是为一个惯性系,如果电梯是加速上升就不是一个惯性系,但爱因斯坦发现二者是等效的,惯性系并不特殊,和“非惯性系”也是一样的,这个发现取消掉了狭义相对论中“惯性系”的重要位置。而惯性系与非惯性系中存在的区别在于引力场,只是不同的空间的引力场不同而已,只要引入一个与坐标系无关的引力场方程即可。这样非惯性系问题解决了,顺带引力的问题也迎刃而解,在这个基础上广义相对论才开始建立起来。

爱因斯坦广义相对论内涵是什么(深入浅出解析爱因斯坦相对论)(2)

下一章引力场中时空弯曲与时间缓慢。

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