相对论通俗解释例子,相对论 简单解释 举例

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-29 23:09:32

然后好景不长,爱因斯坦看看他笔下的公式,OMG,看看我都推导出来了一些啥?如果光速是不变的,那么运动的物体时间会变慢,长度会缩短,质量会增加,这个世界疯了么?

爱因斯坦推出来的这一套就是狭义相对论。

所以,简单的来说,狭义相对论就是爱因斯坦假设光速在不同的参考系下都一样,然后把牛顿体系里除了万有引力定律的东西重新给推理了一遍。因为光速是不变的,所以在爱因斯坦推导出来的新公式里,啥都跟速度光速有关系,时间、长度、质量、能量都是,然后就有了上面说的运动的物体时间会变慢,长度会缩短,质量会增加这些狭义相对论的效应。

广义在哪里

上面说了狭义相对论,那广义相对论又是啥?狭义广义,从名字上来看,也应该知道广义相对论适用的范围更广一些。还记得上面在说狭义相对论的时候我说了狭义相对论是基于惯性系的么?惯性系就是静止或者匀速直线运动的参考系,简单来说就是没有加速度的条件,但是世界上根本找不到真正绝对的惯性系,真正的物理世界基本上一动就要碰到加速度这个怪物。

那怎么办?总不能让一种理论永远只存在于理想环境里吧?于是爱因斯坦就绞尽脑汁,把相对论从惯性系推广到非惯性系,要让这一套思想真正的在不管有没有加速度都能使用,爱因斯坦成功了,后面这个在非惯性系里也能用的就叫广义相对论。

等效原理

大家还记得我在上面一句话说狭义相对论的时候,说狭义相对论是把牛顿体系里除了万有引力定律以外的东西都给推了一遍么?为什么要把万有引力定律除外?

理由很简单,狭义相对论是考虑的是惯性系,如果有引力的话,那肯定就会产生加速度,变成非惯性系了。所以,狭义相对论无法包含万有引力定律,也无法处理加速度的事情。

引力和加速度,一个代表力,一个代表运动,这两个事在狭义相对论里都解决不了,那要怎么办呢?

反正关子我也不卖,据说爱因斯坦是有一天晚上做了一个梦,梦到自己在一个电梯了垂直自由下落,然后他想到了一件事:如果一个人在电梯里自由落体,那么它是感受不到重力的,就像在电梯里悬浮了一般

相对论通俗解释例子,相对论 简单解释 举例(5)

爱因斯坦的大脑突然划过一道闪电:电梯自由下落这是引力导致的,我在电梯里感受不到重力加速度。这个场景刚好把狭义相对论无法处理的两个东西(引力和加速度)都包含进来了,而且,他们似乎是相等的。

总之,爱因斯坦经过一轮疯狂的思考之后,他大胆的提出了一个假设:引力场和加速度的等效的(做了通俗化处理)。

说的正规一点就是:局部引力场中自由下落的参考系与无引力场的惯性系不可区分

回到电梯的话题就是:我悬浮在电梯里,你从里面完全无法区分我是悬浮在太空里(惯性系),还是在一个自由落体运动的电梯里(有地球引力的非惯性系),无法区分就是等价,就是说两者的在物理上是一样的。

总之,这个东西就是等效原理,是广义相对论的一个假设(跟光速不变是狭义相对论的假设一样)。

广义相对论

这说明了啥?我把一个有引力非惯性系成功的转化成了一个惯性系,这就意味着我可以这样去处理引力,把引力场等效成一个特殊的惯性系,然后在惯性系里我就可以使用狭义相对论了。

爱因斯坦真的就这么干了,利用等效原理可以把带引力的非惯性系转化成不含引力的惯性系,凡是有引力的地方我都给它加一个自由降落的参考系将引力消除,然后剩下的事情用狭义相对论处理。利用这样的思想,爱因斯坦创立了广义相对论,把引力包也包含到里面去了。

这里我们瞻仰一下广义相对论的引力场方程:

相对论通俗解释例子,相对论 简单解释 举例(6)

这个方程在我们无需理解,权当用来瞻仰一下爱因斯坦的伟大。这个方程左边表示的是时空弯曲的情况,右边表达物质及其运动。

用一句比较诗意优雅的话来说就是:物质告诉时空怎么弯曲,时空告诉物质怎么运动。

广义相对论的通俗解释就只能到这里了,它的核心思想的就是:任何有质量的物体都会引起时空弯曲,然后物体在这个弯曲的时空里继续做他们的“惯性运动”。

弯曲得太厉害以至于光掉进去都出不来了就是黑洞,这边弯曲的恰好跟另一个弯曲的亲嘴对上了就是虫洞。

相对论通俗解释例子,相对论 简单解释 举例(7)

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