爱因斯坦的相对论为什么能成为经典？

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阿尔伯特·爱因斯坦于1905 年的狭义相对论是物理学领域有史以来发表的最重要的论文之一。狭义相对论解释了速度如何影响质量、时间和空间。该理论包括一种用光速来定义能量和物质之间关系的方法——少量的质量 (m) 可以与大量的能量 (E) 互换，如经典方程 E = mc^2 。

爱因斯坦于 1915 年正式将引力添加到他的理论中，发表了他关于广义相对论的论文。当物体接近光速时，物体的质量变得无穷大，移动它所需的能量也变得无穷大。这意味着任何物质都不可能比光速更快。

在相对论出现之前，物理学是怎样的？

在爱因斯坦之前，天文学家（大部分）根据艾萨克·牛顿在 1686 年提出的三个运动定律来理解宇宙。这三个定律是： 

1. 除非外力发生变化，否则运动或静止的物体将保持相同的状态，也就是惯性。
2. 作用在物体上的力等于物体的质量乘以其加速度。
3. 对于每一个动作，都有一个相等和相反的反应。

牛顿定律几乎在物理学中的每一个应用中都被证明是有效的。它们构成了我们理解力学和重力的基础。 但是有些事情不能用牛顿的工作来解释：例如，光。 

1800的时候，为了将光的奇怪行为硬塞进牛顿的物理科学家框架中，科学家认为光必须通过某种介质传输，他们称之为“以太”。那个假设的以太必须足够坚硬才能像吉他弦随着声音振动一样传递光波，但在行星和恒星的运动中也完全无法检测到。 

研究人员开始尝试探测神秘的以太，希望能更好地了解它。1887 年，天体物理学家 Ethan Siegal 在福布斯科学博客Starts With a Bang 中写道，物理学家 Albert A. Michelson 和化学家 Edward Morley 计算了地球在以太中的运动如何影响测量光速的方式，并意外地发现无论地球如何运动，光都是一样的。 

他们得出结论，如果尽管地球在以太中运动，光速没有改变，那么从一开始就一定没有以太这样的东西：太空中的光在真空中运动。 

这意味着它不能用经典力学来解释，物理学需要一个新的范式。

爱因斯坦是如何提出狭义相对论的？

根据爱因斯坦的说法，在他 1949 年出版的《自传笔记》）中，这位崭露头角的物理学家在他 16 岁时就开始质疑光的行为。在青少年时期的一次思想实验中，他写道，他想象着追逐一束光。

按照经典物理学，如果加速捕捉光，光波最终会达到相对速度为零——人和光将一起高速移动，他可以看到光是冻结的电磁波场地。但是，爱因斯坦写道，这与另一位科学家詹姆斯克拉克麦克斯韦的工作相矛盾，他的方程要求电磁波在真空中始终以相同的速度移动：每秒 300,000 公里。 

如果从理论上讲，一个人可以赶上一束光并看到它相对于自己的运动冻结，那么整个物理学是否必须根据一个人的速度和他们的有利位置而改变？相反，爱因斯坦回忆说，他寻求一种统一的理论，使物理规则对每个人、任何地方、任何时候都一样。 

这些导致爱因斯坦最终对狭义相对论进行了思考，他将其分解为另一个思想实验：假设一个火车以光速运行，一个人站在火车轨道旁边，将雷暴的观察结果与火车内的人进行比较。

爱因斯坦想象火车在轨道上的一个点平均位于两棵树之间。如果一道闪电同时击中两棵树，轨道旁边的人会看到同时发生的雷击。但是因为他们正朝着一个闪电移动而远离另一个闪电，所以火车上的人会先看到火车前面的闪电，然后看到火车后面的闪电。 

爱因斯坦的结论是，同时性不是绝对的，换句话说，一个观察者看到的同时发生的事件可能会在另一个观察者的不同时间发生。他意识到，改变的不是光速，而是时间本身。运动物体的时间与静止物体的时间不同。与此同时，宇宙中任何地方的任何人所观察到的光速，无论运动还是静止，总是相同的。 

E = MC^2 是什么意思？

人类历史上最著名和最著名的方程之一，E = mc^2，转化为“能量等于质量乘以光速的平方”。换句话说，能量（E）和质量（m）是可以互换的。事实上，它们只是同一事物的不同形式。 

但它们并不容易交换。因为光速已经是一个巨大的数字，方程要求它自身乘以（或平方）变得更大，所以少量的质量就包含了大量的能量。例如，PBS Nova 解释说，“如果你可以将回形针中的每一个原子都转化为纯能量——不留任何质量——回形针将产生 [等效能量] 18 千吨 TNT。这大约是大小1945 年摧毁广岛的原子弹。” 

时间膨胀

爱因斯坦狭义相对论工作的众多含义之一是时间相对于观察者移动。运动中的物体经历时间膨胀，这意味着当物体运动得非常快时，它经历的时间比静止时慢。 

在接近光速的速度下，时间膨胀的影响可能会更加明显。想象一下，一个 15 岁的女孩从高中毕业，以 99.5% 的光速旅行了五年。当这个 15 岁的女孩回到地球时，她在旅行中度过了 5 年。然而，她的同学们都已经 65 岁了——在这个移动速度慢得多的星球上，50 年已经过去了。

我们目前没有技术可以在接近这个速度的任何地方旅行。但以现代技术的精度，时间膨胀确实会影响人体工程学。

GPS 设备的工作原理是根据与遥远地球轨道上至少三颗卫星的通信计算位置。这些卫星必须跟踪极其精确的时间才能确定地球上的位置，因此它们基于原子钟工作。但是由于这些原子钟安装在卫星上，它们以 4,000 公里/小时的速度不断在太空中呼啸而过，狭义相对论意味着它们每天多走 7 微秒，即百万分之 7 秒。为了与地球时钟保持同步，GPS 卫星上的原子钟每天需要减去 7 微秒。

在广义相对论（爱因斯坦对结合引力的狭义相对论的后续）的额外影响下，靠近地球等大引力质量中心的时钟比远离地球的时钟走得更慢。这种效应会在 GPS 原子钟上每天增加微秒，因此最终工程师减去 7 微秒，然后再增加 45 微秒。GPS 时钟不会倒计时到第二天，直到它们比地球上的同类时钟运行总共长 38 微秒。

狭义相对论和量子力学

狭义相对论和量子力学是关于我们的宇宙如何运作的两个最被广泛接受的模型。但是狭义相对论主要涉及极大的距离、速度和物体，将它们结合在一个“平滑”的宇宙模型中。狭义（和广义）相对论中的事件是连续的和确定性的，科里鲍威尔为卫报写道，这意味着每一个行动都会导致直接、具体和局部的后果。这与量子力学不同，鲍威尔继续说：量子物理学是“笨重的”，发生在跳跃或“量子跳跃”中的事件具有概率结果，而不是确定的结果。 

研究人员将狭义相对论和量子力学——光滑的和厚实的，非常大的和非常小的——结合起来，提出了相对论量子力学和最近的量子场论等领域，以更好地理解亚原子粒子及其相互作用。 

另一方面，努力将量子力学和广义相对论联系起来的研究人员认为这是物理学中未解决的重大问题之一。几十年来，许多人认为弦理论是研究所有物理学统一理论的最有前途的领域。现在，存在许多其他理论。例如，一个小组提出了时空循环，将微小而厚实的量子世界与广阔的相对论宇宙联系起来。

爱因斯坦的相对论能成为经典，是因为它突破了经典力学的限制，开创了一个新的体系。

是因为这个理论是比较科学的，然后也可以解决很多的科学知识以及科学现象。

因为就目前而言，根本没有人可以解释相对论，也没有相应的实验，因此可以称为经典。

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卢龙县19779043914： 为什么爱因斯坦相对论那么出名? - ？
大莺利福： 因为很多人并没有真的理解爱因斯坦相对论,但是却又发现按相对论的理论计算出来的结果与事实能很好的相符.这解决了物理学中一些无法解释的问题,因而成了现代物理学一两大支柱之一.但是事实上相对论并不像人们感觉的那么神秘....

卢龙县19779043914： 爱因斯坦的相对论是怎样改变了世界 - ？
大莺利福： 爱因斯坦创建相对论,其最大的意义或许在于它颠覆了19世纪辉煌的经典物理学,成为了近代物理学的开端.至于其应用,相对论不仅仅依靠质能方程预言了原子能利用的可能性,其相对时空观—即对不同的运动参考系,时间也是不同的—如今也已普遍应用于航空航天以及卫星的时间校准中.同时,相对论效应也被广泛考虑于量子物理、量子化学等前沿科学领域,其独特的规律也激发了科幻文学工作者的灵感.而相对论预言并近期被成功观测的引力波,更有可能为天文观察、通讯技术等领域带来超乎想象改变. 总之,相对论的提出不仅对人类文明,更甚至对物理学本身都意义重大.可以说,它是20世纪的物理学为人类留下的一个最宝贵的礼物. 谢谢.

卢龙县19779043914： 爱因斯坦相对论的意义是什么? - ？
大莺利福： 爱因斯坦逝世以后,特别是60年代以来,不仅广义相对论的实验验证如雨后春笋,而且这一理论也成为相对论天体物理学、高能天体物理学和宇宙学的理论基础,展现出引人瞩目的前景.类星体、脉冲星、致密X射线源、3K宇宙微波背景辐射、...

卢龙县19779043914： 爱因斯坦的相对论没有几个看明白的为何要说他伟大?？
大莺利福： 相对论的出名,不是因为其高深,而是因为相对论的反对声音一直没有停止过. 爱因斯坦相对论尤其是狭义相对论,已经是大学普及内容,根本算不上难东西,在中国是以教材的方式普及的,而反对相对论者,是没有培训班进行宣传的,都是人自己理解,或看到别人文章,发现相对论的问题,才出来反对的.因此说明反对者需要学习更多的东西,不仅能通过相对论考试,还要自认为理解相对论,自认为自己有水平提出新的思想. 爱因斯坦的相对论即使错了,爱因斯坦也是伟大的,他能提出一个问题,让全世界的人为之争论100年,这是科学史上从未有过的.

卢龙县19779043914： 爱因斯坦的相对论的内容及其意义 - ？
大莺利福： 相对论,是爱因斯坦智慧的结晶,主要讲的是宇宙的问题,没有大学的水平,基本上是读不懂的.这是我的亲身感受,我也买了一本正在读以下就是它的主要内容,已经是最简洁的了,希望能够帮到你:相对论分为广义相对论和狭义相对论 广义...

卢龙县19779043914： 为什么说爱因斯坦的相对论是科学技术史上一个具有理论创新意义的事件 - ？
大莺利福： 相对论的建立从根本上改变了物理学的面貌.它否定了经典力学的绝对时空观,建立起相对论的时空理论;它推倒了牛顿力学中质量不变、质量与能量互不相关等基本命题.从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观,深刻地揭示了时间与空间的本质属性,即揭示了时空的可变性、时空变化的连续性,树立了新的时空观、运动观、物质观.这一理论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一,这是一场真正的科学革命.

卢龙县19779043914： 爱因斯坦相对论对于我们人类的意义 - ？
大莺利福： 相对论的意义在于揭示出时空、物质、运动这三者是密不可分的——它们彼此联系的密切程度远远超过经典物理原以为的那样. 相对论的提出造就了现代物理的一大基础,为人类更好的继续了解宇宙研究宇宙,也影响到其他理论及工程的基础研究,其应用无处不在. 相对论给出的是一种限制(主要就是洛仑兹变换以及广义协变),所有物理理论既然都是要涉及时空、运动、物质的,那它们就必须满足相对论给出的这些限制条件,否则就应修改理论(以使其满足相对论的要求)或者干脆抛弃旧理论.牛顿力学经此改造就成了相对论力学,薛定谔方程经此改造就成了狄拉克方程……

卢龙县19779043914： 我们为什么说爱因斯坦是伟大的科学家相对论和光电效应有什么伟大之处 ？
大莺利福： 爱因斯坦的科学成就 吴忠超 爱因斯坦是历史上继牛顿之后最伟大的科学家.他是狭义相对论的重要发现者,他对量子理论的创立具有重大的贡献,而广义相对论,亦即现...

卢龙县19779043914： 爱因斯坦相对论对于我们人类的意义? - ？
大莺利福：[答案] 相对论的意义 狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理.相对论对于现代物理学的发展和现代人类思相的发展都有巨大的影响.相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典...

卢龙县19779043914： 谁能解释一下爱因斯坦的相对论 ! - ？
大莺利福： 相对论是关于时空和引力的基本理论,主要由爱因斯坦创立,分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论).相对论的基本假设是光速不变原理,相对性原理和等效原理.相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱.奠定了...