爱因斯坦的相对论是难以理解的,以至于大学教授都认为爱因斯坦的相对论是错误的。
下面谈谈我对爱因斯坦相对论的理解历程吧。
理解相对论,首先要理解的是伽利略变换,也许伽利略变换更加适合于人的思维方式。
但是伽利略变换在处理电、磁、光时存在缺陷,即不管某个人处于何种参考系中,他看到的光都是以光速运行,因此不再能够依靠伽利略变换来解释了。
既然伽利略变换存在缺陷,那么为了解决该缺陷,产生了令人费解的洛伦茨变换,洛伦茨变换以光速不变为基础。爱因斯坦的狭义相对论也是以洛伦茨变换为基础,推导出了著名的 E=mC2
我觉得E=mC2这个公式存在误导,改为E=(dm)C2更为适合,dm表示物质状态改变前后的质量差。不然人们看到这个公式时,会认为质量越大,能量就越大,就会产生误解。
那么物体在什么情况下会产生质量改变?目前物理学课本一般都讲发生核裂变或核聚变时会产生质量损失,并放出巨大能量。损失的质量和能量关系满足质能方程。
既然核能的释放主要以光和高速粒子的形态释放,那么是否可以认为光粒子的能量+高速粒子的动能就等于损失的质量?
由此,光子是存在质量的,当一个物体吸收光子,那么它的质量应该是增加的,当一个物体放出光子,那么它的质量应该是减少的。
如果这样理解,是不是在自然界,每个物体的质量都在随时随地的改变,只是改变的质量太小,我们都没办法测量出来。
另外,关于某物体速度越快,质量越大的问题该如何理解?
其实还是个能量的问题,速度快,能量就增加了,原有物质的粒子没有减少,既然能量增加了,那么根据质能方程,质量也就增加了。
关于洛伦茨变换中,不同参考系的时间膨胀和收缩问题,又该怎么理解?
时间分为绝对时间和相对时间,比如地球转一圈所花的时间,属于绝对时间。
洛伦茨变换中使用的并不是绝对时间,而是相对时间。
相对时间借用知乎上的例子来解释速度快时间膨胀的问题:
我们假设有一个光子钟,
钟的结构是这样的:它有两个挡板,一个在上面,一个在下面,两个挡板之间有距离并且恒定不变,
另外还有一个光子,它每撞击一个挡板,我们认为是0.5秒钟,在挡板之间的一个来回,我们认为是1秒钟。
另外,这个钟还有一个特性,他可以以接近光速的速度前进。
下面我来描述两个人看到情形,用来解释时间相对的概念 A站在钟的外面。因为光子需要撞击两次挡板时间才过一秒,
如果钟以接近光速的速度前进,那么对于光子来说,为了完成两次撞击,他需要走更远的距离才能让时间走完一秒,这个距离随速度增加而增加。
对于A来说,他可以说,那个运动的钟时间变慢了。
而我们的B站在钟的上面,他可以随钟一起走,所以他也是以接近光速的速度前进,对于他来讲,他看见的光子仍然是规律的撞击两个挡板。所以对B来说,时间是没有变化的。
总而言之,从上面的一系列分析可以看出,相对论是很严谨的。
它所依赖的唯一条件是真空中光速恒定,如果某天光速恒定的假设被推翻,那么相对论也将被推翻。
上述并没有去考虑万有引力,万有引力到现在仍然是个谜一样的存在,虽然一些物理学家给出了解释,但是并不一定是事物的本质。
光子在不同引力场下的运动又将遵循什么规律?