爱因斯坦的相对论是关于时空和引力的基本理论,这一理论是人类思想发展史中的一次重大改革。相对论揭示了空间和时间之间可变性,也说明了空间和时间是不可能单独发生变化的。爱因斯坦是美籍犹太裔物理学家,被称为现代物理的奠基人。
爱因斯坦的相对论揭示的是什么
故事要从爱因斯坦年轻的时候说起,当时他大学毕业后当了公务员,闲暇之余喜欢思考些物理问题,有一天他坐电车上班的时候想象如果电车速度达到了光速,那么时钟上的时针和分针在他看来会停止运动,同时对于正常速度下的人来说时间并没有因此停止。
这个思想实验让爱因斯坦意识到:当一个人在空间中以越来越快的速度移动时,对他来说时间流逝速度是越来越慢的。
由此引发的问题是:如果宇宙中的时间是一个恒定的物理量,为什么速度会影响时间呢?
爱因斯坦首先研究了牛顿和麦克斯韦关于这方面的论述,牛顿首先认为速度是相对的,但麦克斯韦认为光速是恒定的而不是相对的,也就是说两束光的相对速度仍然是每秒30万公里而不是每秒60万公里。
我们可以很明显的看出,在速度问题上牛顿跟麦克斯韦是又矛盾的,因此爱因斯坦认为时间可以根据空间中的移动速度而被拉伸或压缩,这就是后来狭义相对论中的“时间膨胀”,在后来的广义相对论中他还提出时间应该是宇宙的一个维度,时间和空间是都是宇宙的一部分,即四维时空观念。
在四维时空里,太阳和地球等大质量物体扭曲了周围的时空,于是就像在弹簧床上放一个保龄球会使弹簧床凹陷一样,进而让保龄球周围的物体向保龄球旋转跌落靠近一样,月球开始绕地球公转,地球开始绕太阳公转,太阳开始绕银河系中心超大质量黑洞人马座A*公转。
同时由于星球在空间中移动时,时间是相对于你自己的时间的,所以引力越强的星球时间流逝的速度就越慢,而黑洞作为宇宙中引力最强的天体,自然就会严重影响附近的时间流逝速度,因此《星际穿越》中才出现了黑洞附近一小时,地球上就会过去7年时间的剧情。
虽然时间膨胀目前距离实际应用还很远,但高速飞行的导航卫星上已经先用时间膨胀公式校准时差了,否则卫星上的时间就会比地面上的时间慢,进而影响导航精度。
至于广义相对论中的扭曲时空对现阶段的人类文明来说就更遥远了,不过科学界还是根据爱因斯坦广义相对论揭示的时空性质,设想了基于曲率驱动的超光速飞船和基于时空折叠产生的虫洞,用它们都能在短时间内跨越千万光年的距离。
总体而言,虽然相对论对目前绝大部分人来说仍是一个深奥的理论,但随着时间流逝,它逐渐会成为牛顿万有引力那样的基础性教学,也许22世纪的小学生们都能学会相对论。
不过相对论也并非完美理论,因为现代物理学的另一个支柱量子力学认为引力来源于引力子的交换,而不是所谓的时空扭曲,这就导致相对论和量子力学两者之间存在矛盾,因此未来一定会出现一个统一相对论和量子力学的新理论。
爱因斯坦对物理学的影响
阿尔伯特·爱因斯坦,犹太人,是20世纪著名的理论物理学家、思想家及哲学家,也是相对论的创立者,是现代物理学及二十世纪最重要的科学家之一。
他创立了代表现代科学的相对论,为核能开发奠定了理论基础,在现代科学技术和他的深刻影响下与广泛应用等方面开创了现代科学新纪元,被公认为是自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、物理学家。1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。
十九世纪末期是物理学的变革时期,爱因斯坦从实验事实出发,从新考查了物理学的基本概念,在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。
爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学,建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型,并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念,大大推动了现代天文学的发展。
爱因斯坦对未来的三大预言是什么
1、时空扭曲理论:由于重力的作用,即一个质量足够大的物体(如地球)会让承载它的时空框架发生扭曲。
2、一个质量足够大的物体(如地球)会带动时空结构一起转动。
3、如果蜜蜂消失了,人类也将仅仅剩下4年的光阴。