Ciel·Phantomhive 光明亦是黑暗，黑暗亦是光明

2015年03月22日 22:24 | 阅读(1377) | 评论(4)爱因斯坦的相对论

      相对论（英语：Theory of relativity）是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦（Albert Einstein）创立，依其研究对象的不同分为狭义相对论（特殊相对论）和广义相对论（一般相对论）．

      由于牛顿定律给狭义相对论提出了困难，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用．因此，在整个宇宙中不存在惯性观测者．爱因斯坦为了解决这一问题又提出了广义相对论．狭义相对论最著名的推论是质能公式，它说明了质量随能量的增加而增加．它也可以用来解释核反应所释放的巨大能量，但它不是导致原子弹的诞生的原因．而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，与有些天文观测到的现象符合．

      根据质能方程，人们很容易推出"光速是宇宙中最快速度"．因为，当物体达到光速时，其质量将变得无穷大，与事实不相符．然而，还有人提出，存在着两种宇宙，即"快宇宙"和"慢宇宙"．所有基本粒子在快宇宙中比光速快，即快子，因此，他们所组成的物质也比光速快，反之亦然．此外，有天文学家惊人观测到超光速现象，包括星系相离的速度、类星体膨胀的速度等等． 但是，至今没有一种说法令人信服，也没有一种说法推翻相对论．

      爱因斯坦只用了几个星期就建立起了狭义相对论，然而为解决这两个困难，建立起广义相对论却用了整整十年时间．为解决第一个问题，爱因斯坦干脆取消了惯性系在理论中的特殊地位，把相对性原理推广到非惯性系．因此第一个问题转化为非惯性系的时空结构问题．在非惯性系中遇到的第一只拦路虎就是惯性力．在深入研究了惯性力后，提出了著名的等效原理，发现参考系问题有可能和引力问题一并解决．几经曲折，爱因斯坦终于建立了完整的广义相对论．广义相对论让所有物理学家大吃一惊，引力远比想象中的复杂的多．至今为止爱因斯坦的场方程也只得到了为数不多的几个确定解．它那优美的数学形式至今令物理学家们叹为观止．就在广义相对论取得巨大成就的同时，由哥本哈根学派创立并发展的量子力学也取得了重大突破．然而物理学家们很快发现，两大理论并不相容，至少有一个需要修改．于是引发了那场著名的论战：爱因斯坦VS哥本哈根学派．直到现在争论还没有停止，只是越来越多的物理学家更倾向量子理论．建立了广义相对论以后，爱因斯坦后来的约四十年的时间都用来探索统一场论，试图把引力和电磁力统一起来，以完成物理学的完全统一．刚开始几年他十分乐观，以为胜利在握；后来发现困难重重．当时的大部分物理学家并不看好他的工作，因此他的处境十分孤立．虽然他始终没有取得突破性的进展，不过他的工作为物理学家们指明了方向：建立包含四种作用力的超统一理论．目前学术界公认的最有希望的候选者是超弦理论与超膜理论．

      此外，在经典物理学中，时间是绝对的．它一直充当着不同于三个空间坐标的独立角色．爱因斯坦的相对论把时间与空间联系起来了．认为物理的现实世界是各个事件组成的，每个事件由四个数来描述．这四个数就是它的时空坐标t和x、y、z，它们构成一个四维的刚性连续时空，通常称为明可夫基里平直时空．在相对论中，用四维方式来考察物理的现实世界是很自然的．狭义相对论导致的另一个重要的结果是关于质量和能量的关系．在爱因斯坦以前，物理学家一直认为质量和能量是截然不同的，它们是分别守恒的量．爱因斯坦发现，在相对论中质量与能量密不可分，两个守恒定律结合为一个定律．他给出了一个著名的质量-能量公式：E=MC^2，其中c为光速．于是质量可以看作是它的能量的量度．计算表明，微小的质量蕴涵着巨大的能量．在后来的核反应试验中证明了这一点．