愛因斯坦創造了狹義相對論嗎?不要!
很多不了解狹義相對論的朋友認為,它本來就是愛因斯坦創造的。壹般只有壹句話。愛因斯坦的狹義相對論誕生於1905年。其實真的誕生了,不過是很多科學家的伏筆。愛因斯坦曾經說過,如果他不推出狹義相對論,壹些科學家會在五年內發現它!我們來了解壹下狹義相對論的背景!
早期的伏筆是牛頓的萬有引力和三大定律,拉普拉斯對太陽系軌道的行星周期性的證明,列維計算的水星歲差問題。前期認為水星軌道上有壹顆被蹂躪的恒星,其他重點如下:
首先在1860年代引入麥克斯韋方程組,推導出電磁波是壹個常數,與光速壹致,使麥克斯韋認識到光也是壹種電磁波。
接著,愛以太的邁克爾遜和莫雷進行了壹個證明以太的漂移實驗,結果是壹個漂移零,這讓邁克爾遜和莫雷傻眼了。這個故事在科學界傳開後,多方加入了戰局,但除了誤差越來越小之外,並沒有什麽不同。
1895年,洛倫茲提出了高速運動物體長度收縮的概念來解釋以太漂移的零結果,並通過關聯態定理提出了局域時間的概念。用這個理論,洛倫茲解釋了像差、多普勒頻移和斐索流實驗。同年,洛倫茲利用麥克斯韋電磁理論提出了壹組在以太中運動的坐標系變換方程,這就是洛倫茲變換!
1900年,龐加萊用光速同步解釋了洛倫茲的當地時間。1904年,龐加萊獨立於愛因斯坦提出了相對論原理:“力學和電磁學中沒有壹個實驗能夠區分靜止和勻速運動的任何慣性參照系。”
在座的各位應該都知道,狹義相對論的光速是恒定的,下壹個相對論原理已經準備好了,所以愛因斯坦在1905提出狹義相對論,只是壹個階段性總結和開創性思考的結果。沒有麥克斯韋、洛倫茲、龐加萊,愛因斯坦不知道要工作多少年,而且有了愛因斯坦的理論物理基礎,那些需要實驗物理支撐的數據很難得到。當然,愛因斯坦並沒有得到所有的榮譽。在這篇論文的開頭,愛因斯坦已經定義了狹義相對論的本質!
愛因斯坦創造了廣義相對論嗎?很明顯!
雖然廣義相對論中使用了很多數學和物理工具,但這壹理論自始至終都是愛因斯坦獨立思考形成的,唯壹求助於其他科學家的只有數學工具。所以,從這個角度來說,毫無疑問,愛因斯坦享有普遍性的榮耀。十年對於壹個理論和體系來說可能太緊湊了,但是對於愛因斯坦來說,他是在1915完成的。
這個方程是壹組二階非線性偏微分方程,數學上很難求解。愛因斯坦本人只能用近似的方法推導出幾個預言,但最著名的是史瓦西在1916中得到的第壹個精確解:史瓦西度規,被譽為黑洞的理論基礎!
1917年,愛因斯坦將引力場方程應用於整個宇宙,開創了相對論的宇宙學應用領域。但愛因斯坦更傾向於宇宙靜止論,於是他在引力場方程中加入了壹個常數,將動態的宇宙修正為靜態的。
弗裏德曼和勒邁特從引力場方程中得到了膨脹宇宙的解,而哈勃觀測到了宇宙的膨脹,這讓愛因斯坦很惱火。“這是愛因斯坦犯的最大的錯誤,”愛因斯坦想!
當然,愛因斯坦的廣相也證明了水星歲差,引力彎曲光,解釋了宇宙膨脹,發現了黑洞,預言了引力波,等等。其實遠不止這些,還有光電理論和分子運動理論,激光理論和玻色-愛因斯坦凝聚態物質等等。,這些都是愛因斯坦在理論物理上的貢獻!
但是,愛因斯坦在量子力學上的錯誤是不可原諒的。也許他對世界的連續性太感興趣了,以至於幾乎放棄了他作為量子力學先驅之壹的地位。他反對前期從根本上推翻量子力學,中期反對與玻爾的對抗,後期反對量子理論的不完備。幾乎可以說,即使愛因斯坦在1927之後去釣魚,對科學界也不會有什麽大的損失。可見愛因斯坦還是犯了錯誤。
但是,我們要明確的是,盡管愛因斯坦在量子力學上有所延遲,但他的各種思想實驗是量子力學持續堅實基礎的重要來源。也許對手的實力正在賦予量子力學壹種野蠻生長的模式,但至少證明了愛因斯坦不是神,他是壹個活生生的人。無論如何,我們欽佩他的勇氣和偉大。他開創性的理論即使在未來幾百年內,依然會在科學界熠熠生輝,愛因斯坦的傳奇也將在科學界永遠流傳下去。