龙8电子游戏
你的位置:龙8游戏官网网址_龙8登录网站 > 龙8登录网站新闻中心 > 龙8游戏官网网址 座谈相对论(5)狭义相对论最大的问题是什么?什么是等效旨趣?

龙8游戏官网网址 座谈相对论(5)狭义相对论最大的问题是什么?什么是等效旨趣?

龙8登录网站新闻中心

狭义与广义相对论浅说 阿尔伯特 · 爱因斯坦 著 诸君同学全球好!我是李永乐陶冶。今天咱们络续聊相对论的话题,今天是第五讲。 在爱因斯坦提议狭义相对论之后,很多科学家都对这种惊世

详情

狭义与广义相对论浅说

阿尔伯特 · 爱因斯坦 著

诸君同学全球好!我是李永乐陶冶。今天咱们络续聊相对论的话题,今天是第五讲。

在爱因斯坦提议狭义相对论之后,很多科学家都对这种惊世震俗的世界观产生过质疑,比如马赫、庞加莱、洛伦兹等人,他们都是相对论的前驱,当先却都怀疑相对论的正确性。但是,他们都莫得发现狭义相对论真确的问题场所。这个问题是在10年之后的1915年,由爱因斯坦自己发现的。

马赫

庞加莱

洛伦兹

那么,狭义相对论究竟有什么问题?

狭义相对论中有两条基痛快趣:相对性旨趣和光速不变旨趣。淌若非要找一条更基本的,应该是相对性旨趣:在统统惯性参考系中,物理功令都是调换的。那么,什么是惯性参考系呢?

咱们时常说:惯性参考系便是静止或者匀速直线通顺的参考系。比如:匀速通顺的火车便是一个惯性系,在火车上做任何物理执行,都和大地上莫得区别。但是加快通顺的火车就不是惯性参考系,淌若火车加快,在车厢里看,地板上的小球诚然莫得受到水平常向的力,也会向后转动。

但是,这种说法存在严重的表面颓势:静止和通顺都是相对的,唯有相对于惯性参考系静止或者匀速的参考系才是惯性参考系,就比如判断火车是不是惯性系,不光要看火车有莫得在大地上静止或匀速通顺,还要判断大地本身是不是惯性系。淌若你用这种环节寻找惯性新,便是逼迫咱们承认:寰宇中存在一套出奇的参考系,它们彼此之间是等价的,它们是惯性系。其他的参考系与它们不等价,不是惯性系。其实,这如故牛顿的统统时空观。只不外牛顿合计存在一个统统空间,这种见地合计存在一套统统空间,二者并无骨子区别。

还有一种说法是:惯性参考系便是牛顿第一定律成立的参考系,也便是淌若在一个参考系里,不受力的物体能保持静止或者匀速直线通顺龙8游戏官网网址,那这个参考系便是惯性参考系。然而,咱们简直能找到一个不受力的物体吗?宏观作用劲主要有电磁力和万有引力,电磁力不错用导体壳屏蔽,然而万有引力是无法屏蔽的。比如飞船里有一个石头,它相对于飞船,正在做匀速直线通顺,你也弗成说飞船便是惯性系。因为你不阐明这块石头是否受到了飞船或者来自其它星球的引力。

淌若咱们掀开中学教材,你可能会看到这么的笔墨:地球接近一个惯性系,太阳是比地球更好的惯性系,星河系中心又是比太阳更好的惯性系。这种说法其实隐痛了究竟什么是惯性参考系的问题。

爱因斯坦在提议狭义相对论后,反复思索惯性参考系到底是什么?他的确找不出惯性参考系和非惯性参考系的区别,那么凭什么物理功令只可在惯性参考系中成立呢?确立在惯性参考系上的相对性旨趣很有问题,通盘狭义相对论都莫得坚实的根基。

爱因斯坦挂念我方创立狭义相对论的经由,便是果敢的把一些无法测量的假定(比如统统空间)去掉,改姓易代的是一些愈加合理的假定(比如光速不变)。那么当今,既然无法细目哪个参考系是惯性参考系,为什么不果敢少量,合计统统参考系下,物理功令都是通常的呢?

于是,爱因斯坦就把狭义的相对性旨趣:统统惯性参考系下物理功令调换。修改成广义的相对性旨趣:统统参考系下物理功令调换了。

你可能会感到奇怪:匀速通顺的火车上,一个小球会竖直下降。加快通顺的火车上,小球会向后斜着走,这两个参考系怎样会有调换的物理功令呢?这就触及到第二个问题:引力和加快度的等效性。

外传,伽利略在比萨斜塔上扔下了两个铁球,抵制发现无论铁球质地大小怎样,它们都是同期落地的。诚然这个执行不一定真实发生过,但是人们对这个气候的叠加从来莫得住手。

伽利略比萨斜塔执行

上中学时,陶冶就会把一个管子中抽成真空,让羽毛和硬币同期下降,你会发现它们同期落到管子的另一端,这叫做毛钱管执行。在1971年,阿波罗15号的宇航员大卫·斯科特在莫得空气的月球名义上同期扔下了一把锤子和一根羽毛,在地球上的亿万电视观众的眼前,锤子和羽毛同期掉落在月球名义上。

阿波罗15号宇航员在月球名义扔下锤子和羽毛

爱因斯坦也在思考这个问题。他说:小球下降是因为受到了地球的引力,引力的产生是因为地球周围有引力场,小球又具有质地。小球受到的引力正比于小球的质地,这种质地应该叫做引力质地。

力=引力场×引力质地

而凭据牛顿第二定律,物体受到外力后会产生加快度,这个加快度与外力成正比,与质地成反比,这个质地叫做惯性质地,它是牛顿第二定律中的一项。

力=加快度×惯性质地

当今,淌若一个物体只受到引力,那么它的加快度就应该等于引力质地除以惯性质地,再乘以引力场。

对伽利略目田落体执行而言,引力场是地球提供的,是固定的。无论大球如故小球,下降的加快度都通常,就证实两个球的引力质地和惯性质地的比是调换的。淌若物体的引力质地和惯性质地的比都是调换的,通过盘曲单元,咱们就能合计引力质地完全等于惯性质地。

物体的质地既不错引起引力,又不错产生惯性,这两个性质并不调换,是以这两个质地也莫得旨趣一定卓著。有关词,凭据执行抵制,它们又或者的确是卓著的。背面咱们会看到,引力质地与惯性质地卓著,其实是广义相对性旨趣的一个论据。

有一天,爱因斯坦坐在办公室里,又在思索引力的问题。他望望窗外,猛然意料一件相配可怕的事:淌若一个人失慎从楼上跌落,他会有什么嗅觉呢?

光显,相对于大地,人正在目田落体。但是对人本身来讲,他会嗅觉我方飘了起来,就或者完全不受地球引力通常。用牛顿定律阐扬,这叫做完全失重。然而淌若这个人闭上眼睛,周围也莫得空气的阻力,他似乎无法离别我方到底是受到引力何况下降,如故飘舞在茫茫的寰宇中。仿佛向下的引力和向下的加快度,后果不错对消一般。

完全失重与无引力等效

爱因斯坦又想:淌若有人在寰宇飞船中,飞船飞舞在茫茫寰宇里。正本,人在天外船里是失重的,然而顷刻间有一天,他嗅觉我方被一股力量拉向了飞船的大地,这是什么原因形成的?

第一种可能是:飞船正停在某个星球上,星球对人有引力,在引力作用下人被拉向了飞船的大地。

但还有第二种可能:飞船正飞舞在茫茫寰宇里,周围并莫得任何星球对人有引力。但是,飞船此刻正在朝上加快,于是相对于飞船,人就会加快下降。

等效旨趣

也便是:淌若人感受到向下的力,既有可能是因受到了星球向下的引力,也有可能是因为飞船具有朝上的加快度。淌若这个人在飞船中不向外看,他根柢无法离别到底是那种情况。看起来,静止在引力场中的飞船,和莫得引力场但是加快通顺的飞船,里面的物理功令是完全调换的。

意料这里,爱因斯坦顿悟了!物体处于引力场中,等效于物体具有一个相背标的的加快度,这便是爱因斯坦在1907年提议的等效旨趣。引力大小正比于物体的引力质地,加快度产生的等效引力正比于物体的惯性质地,又因为引力质地等于惯性质地,是以真实的引力时候和加快度产生的等效引力等大。

按照等效旨趣,爱因斯坦意料了与牛顿定律不同的,对于惯性参考系的宗旨:淌若一个人站在大地上静止不动,另一个人目田落体,他们谁是惯性的?

先看站在大地上静止的人。按照牛顿定律:这个人受到向下的引力和朝上的辅助力,协力为零,是以是惯性的。然而按照广义相对论,向下的引力等效成朝上的加快度,咱们完全不错合计他只受到大地的辅助力,同期朝上加快通顺,他不是惯性的。

大地上静止的人

再看目田落体的人。按照牛顿定律,这个人受到引力,具有向下的加快度,是以黑白惯性的。但是按照广义相对论,向下的引力等效于朝上的加快度,两个加快度对消,这个人莫得加快度;或者反过来:向下的加快度等效于朝上的引力,两个引力对消,这个人也莫得受力。既不受力,也莫得加快度,目田落体的人才是惯性的。

目田落体通顺的人

是以,按照广义相对论,咱们反而需要给出完全不同的惯性系界说:除了引力除外不受其他任何力作用、而且不旋转的物体,处于惯性景象。

当今咱们不错复兴最开动提议的问题了。在一列加快通顺的火车中,物理功令为何与匀速通顺的火车调换?咱们不错这么交融:当火车加快时,具有了上前的加快度,等效于车厢中存在向后的引力。淌若咱们把这个引力探讨进去,车厢中桌面上的小球向后加快通顺,便是适当物理功令的。是以,淌若你把加快度等效成反向的引力,那么无论在何种参考系中,物理功令都是完全调换的。

不外,引力和加快度等效,却并不是完全调换的东西。比如,一个星球的引力常常是有心力,引力场的线都是向心的。但是,淌若一个飞船匀加快通顺,那么它产生的等效引力线都是平行的。淌若咱们只看一个无限小的点上,引力和加快度是等效的无法离别的,但淌若咱们探讨一个限度内的引力线,如故不错离别这种引力是真实的引力,如故加快度等效的引力。

我做个比喻吧。有人辛劳职责,有人坑绷诱拐,他们都赚了钱,花起来是等效的。但是它们已经有不同:辛劳职责的人的钱是正当的,受到法律的保护。坑绷诱拐的钱是违警的,受到法律的制裁。淌若咱们不时知悉这两个人,你会发现他们一个越来越有钱,另一个锒铛下狱,咱们如故不错离别出这两个人来。

而且,引力会形成时空报复,加快度并不会形成时空报复,但是笔直时空中的坐标系诬蔑。那么,什么是时空报复?这便是下一期咱们要讲的内容。

暖和我,和我一齐座谈相对论。

END

服务热线
官方网站:www.365jz.com
工作时间:周一至周六(09:00-18:00)
联系我们
QQ:2852320325
邮箱:w365jzcom@qq.com
地址:武汉东湖新技术开发区光谷大道国际企业中心
关注公众号

Powered by 龙8游戏官网网址_龙8登录网站 RSS地图 HTML地图

龙8登录网站
龙8游戏官网网址_龙8登录网站-龙8游戏官网网址 座谈相对论(5)狭义相对论最大的问题是什么?什么是等效旨趣?

回到顶部