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《探索》雜誌:有關相對論--你不知道的20件事情



  幾乎宇宙所有的奧秘都隱藏在相對論那幾行簡單的公式中。儘管我們對相對論都有所耳聞,但有關相對論的一些常識問題,或許你就不知道。以下是有關相對論不為人知的20件事情:

  1、誰發明了相對論?一般人可能都認為是愛因斯坦,但錯了,其實是伽利略在1639年偶然發現此主意的,當時他展示一個落下的物體在一艘行進的船上和一座靜止的建築物上落下的情況是一樣的。

  2、愛因斯坦不叫它為「相對論」。這個詞從來沒有出現在他1905年寫的原始論文――《論運動物體的電動力學》中。而且他討厭這個術語,情願使用「不變性理論」。因為物理學定律對所有觀察者都是一樣的,沒有什麼相對的。

  3、那麼時空連續統一體是不是愛因斯坦提出的?不是,這也不是愛因斯坦提出的。時間作為第四尺度的想法來自愛因斯坦的一位教授赫爾曼·閔可夫斯基(Hermann Minkowski,1864年6月22日—1909年1月12日),德國數學家,猶太人,四維時空理論的創立者,曾經是著名物理學家愛因斯坦的老師。1907年,閔可夫斯基認識到可以將過去被認為是獨立的時間和空間結合到一個四維的時空結構中,即閔可夫斯基時空。閔可夫斯基時空為廣義相對論的建立提供了框架。閔可夫斯基曾經叫愛因斯坦是個「懶鬼」。

  


   閔可夫斯基的時空連續統一體

  4、然而,愛因斯坦重新用公式表示了伽利略的相對論,以應對在近光速下發生的一些奇異事情。在此情況下,時間會變慢,空間會被壓縮。他的這一作法很有價值。

  5、奧地利物理學家弗里德里奇·哈色羅爾(Friedrich Hasenöhrl)在愛因斯坦發表基本方程式E = mc2之前1年就公開發表了這一方程式。在質能方程式E=mc2中,E表示能量,m代表質量,而c則表示光速。相對論的一個重要結果是質量與能量的關係。質量和能量可互換即是建立在狹義相對論基礎上,1915年愛因斯坦提出了廣義相對論。

  6、從來沒有聽說過弗里德里奇·哈色羅爾吧?那是因為他未能和此相對論方程式聯繫在一起,太不幸了!

  7、愛因斯坦在瑞士專利局的全職工作意味著他在沒有人視察時,他可以推敲幾小時的相對論。當視察員走過時,他會將他的筆記塞進他的書桌里。

  8、雖然愛因斯坦是一位禁酒主義者,但當他最終完成他的相對論時,他和他妻子米列娃雙雙給自己喝醉了,以這種古老方式和時空連續統一體一同用膳。

  9、愛情是相對的。「我需要我的妻子,她為我解決了所有數學問題,」愛因斯坦1904年在完成他的相對論時寫道。到1914年,愛因斯坦要求她斷絕和他的所有個人關係,直到絕對不需要社交理由保持他們之間的聯繫為止。

  10、規則也是相對的。據愛因斯坦認為,任何東西都不能比光還走得快,但空間本身就沒有這樣的速度限制。在宇宙大爆炸之後,失控的宇宙膨脹顯然馬上就將光線落在了身後。

  11、噢,應該是有2個相對論。我們一直談論的是狹義相對論,適合於以不變速度運行的物體。廣義相對論涵蓋加速的物體,解釋重力是如何工作的,是在狹義相對論提出之後10年才出爐的,被認為是愛因斯坦真正獨到的見解。廣義相對論是愛因斯坦以幾何語言建立而成的引力理論,統合了狹義相對論和牛頓的萬有引力定律,將引力改描述成因時空中的物質與能量而彎曲的時空,以取代傳統對於引力是一種力的看法。因此,狹義相對論和萬有引力定律,都只是廣義相對論在特殊情況之下的特例。狹義相對論是在沒有重力時的情況;而萬有引力定律則是在距離近、引力小和速度慢時的情況。

  12、快樂地和你一起做事:當愛因斯坦被廣義相對論中的數學問題難倒時,他靠他的老同學和好朋友馬賽爾·格羅斯曼(Marcel Grossmann,1878-1936)克服了困難。1912年,愛因斯坦在格羅斯曼的幫助下,尋求表現自己思想的數學工具。1913他們共同署名發表了《廣義相對論綱要和引力論》。

  13、儘管已經發表了,但廣義相對論的早期版本有重大錯誤――算錯了光束會因重力而產生彎曲的程度。

  14、幸運的是,在1914年日食時檢測此理論的計劃被第一次世界大戰給中斷了。如果當時做了這一實驗,此錯誤就會暴露出來,愛因斯坦將會被證明是錯誤的。

  15、此日食實驗最終還是在1919年進行了。1919年,著名的英國物理學家亞瑟·埃丁頓他帶領一個觀測隊到西非的普林西比島觀測日全食,第一次證實了愛因斯坦的廣義相對論所預言的光線的引力彎曲現象。他的這一宣布讓愛因斯坦一舉成名,其肖像紛紛印在了咖啡杯、T恤和帽子等各種日常用品上,像明星一樣為大家所喜愛。

  


   愛因斯坦肖像畫

  16、回想起來,這似乎是埃丁頓胡亂捏造的結果,拋出一些照片以顯示此「錯誤的」結果。

  17、沒有人主意到這一點不足為奇:在愛因斯坦於1955年去世時,科學家還幾乎沒有任何廣義相對論的證據能用得上。

  18、不過,20世紀60年代卻發生了戲劇性的變化,當時天文學家開始發現最外的天體――中子星和黑洞,將嚴重的凹痕放在時空形狀上。

  19、現今的廣義相對論如此容易理解,以至於通過引力彎曲現象,它被用來給星系測重量,並查找遙遠行星的位置。

  20、如果你還不了解愛因斯坦的理論,不妨嘗試一下這一解釋:「將你的手放在熱爐子上放1分鐘,你的感覺就像是一年。和一位漂亮姑娘在一起坐上1小時,你的感覺好像只有1分鐘。這就是相對論。」

阿波羅網責任編輯:王篤若

來源:網易

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