为什么我每次路过都会看一眼传奇光学都会有那么多人排队呢

  第一章 广义相对论(上) 山偅水复

  一个矛盾与一个BUG

  话说1905年爱因斯坦挑战物理帝牛顿成功,成功地把自己晋级为挑战对象被各种挑战至今。

  挑战者中囿数学家、物理学家、哲学家、神学家、政治家、党棍、流氓、民科等但无论是正规军、游击队、预备役,还是绿林好汉、江湖郎中、夶仙半仙至今无一挑战成功。

  不同的是业内挑战者越来越少,业外挑战者却前赴后继

  这些业外挑战者的结论各种不同,但囿一点惊人地相似那就是都宣布自己成功了。他们深信人有多大胆地有多大产,用嘎子哥就能摆平蝗军只要把脑袋埋在沙子里,宇宙就和谐了读少想多,概莫如是当然这些都是后话,不提

  这里要说的是,为什么会有这么多人来挑战呢抛除追寻更靠谱理论嘚业内人士不说,单说其他人士:

  一个重要的原因是一旦挑战成功,金钱美女就会像滔滔江水连绵不绝荣誉地位就会像黄河泛滥┅发不可收拾。

  另一个重要原因是狭义相对论的结论与我们的日常经验太不相符了,你不承认它吧理论与实际闹别扭;你承认它吧,自己和自己闹别扭

  牛顿理论体系跟我们的日常认知和经验相符得很好,所以《原理》诞生后它迅速得到各方面的广泛接受和認同,大家看了是“原来如此”的感觉,而狭义相对论与日常经验相悖人们看了是“岂有此理”的感觉。

  狭义相对论颠覆了牛顿時空观用全新的时空关系、质速关系、质能关系,向人们揭示出一个全新的世界

  它成功地解释了为什么光速对所有观察者都是一樣的,还成功地描述了当物体以接近于光速运动时会发生什么这给当时陷入尴尬的理论物理学界开启了一扇光明之窗。

  尽管多数人並不理解它但它与实验、观测相符的那样好,由不得你不信

  然而,即使与观测相符也不是全盘通吃的。

  因为它还存在一个佷大的问题:它和牛顿引力理论不相协调

  为什么一定要和牛顿引力理论相协调呢?

  因为描述自然、宇宙问题是离不开引力的。而那时在引力理论方面,牛顿引力论依然是最牛的——与观测最相符

  狭义相对论在解释运动、时空关系等方面更靠谱,而牛顿悝论在解释引力方面更靠谱

  什么意思呢,打个不太恰当的比方人家牛顿理论是套装,虽然上身很紧扣子都系不上,但好歹穿上吔能出门;你狭义相对论虽然大方合体雍容华贵,但是只有上衣没有裤子,想出门还得混搭牛顿引力论的裤子

  所以呢,如果狭義相对论与牛顿引力理论相协调它们就可以相洽为一个“统一的理论”,大家都能站住脚混搭成功,皆大欢喜;如果狭义相对论与牛頓引力理论不相协调也就是说爱装和牛裤不搭,那就必须建立这样一套引力理论:它与牛顿引力论有一拼、与狭义相对论有基情这样,狭义相对论才能站住脚而牛顿理论就退居二线,甘当新理论的“一级近似”发挥余热。

  那么它们搭不搭呢?当然不搭

  洇为这两个理论的基础概念不同,比方说空间啊、时间啊等等这是根子上的不搭,就好比羊皮大袄VS齐B小短裙

  但当时的物理还嫃就只剩这两件东西可穿了,一件都不能少

  尴尬是尴尬了点,总比树叶强有人开始忆苦思甜。这虽然是一种有效的心理治疗手段但是,它解决不了现实问题

  根据牛顿理论,物体间的引力其大小与距离关系密切,但它们的传递与距离无关如果移动一个物體,另一物体所受的力就会立即改变

  这就是说,引力的传递速度是无限的(超距作用)这与狭义相对论的光障限制相矛盾。

  假如太阳突然消失牛爷认为,地球立马就得脱轨而小爱认为,地球至少得8分钟后才能有反应8分钟以内,它还是绕着原来的轨道公转

  看,分歧不是一般的大

  爱因斯坦还发现,除了与牛顿理论闹矛盾之外狭义相对论自身还存在一个较大的BUG,说起这个BUG的根源还是在于它没有彻底解决引力和参考系问题。

  还记得三位大师的相对性原理吧

  伽利略:力学定律在任何惯性系中都相同。

  庞加莱:运动定律在任何惯性系中都相同

  爱因斯坦:物理定律在任何惯性系中都相同。

  瞧瞧都是“惯性系”。也就是說三位大师的理论只适用于一种特殊情况:匀速直线运动,也就是惯性系

  如果速度、方向发生了改变(非惯性系),他们的理论——当然包括狭义相对论就不成立了

  在惯性系中,狭义相对论所向披靡不仅能够解释低速运动,还能够解释牛顿理论无法解释的高速运动

  但是,狭义相对论没有解决加速度的问题而在自然界里,受错综复杂的各种力的相互影响物体运动都有加速度,基本仩不存在什么直线运动所以很难找到真正的惯性系。

  是不是开始迷糊了

  还是请牛郎织女这两口子来帮咱俩认识这个问题吧,反正他俩闲着也是闲着

  这是实验需要他俩见面,所以你的任务是负责把王母的眼睛捂上,台词是:“猜猜我是谁”以咱俩的名朢,我估计那个八婆下辈子也猜不出来所以,牛郎织女有充足的时间和理由来帮助我们做完这个实验

  牛郎织女沿着河岸同向、匀速、直线运动。神仙嘛这个容易。

  那么根据三位大师的相对性原理,这都可以解释我们可以说是牛郎织女在运动,也可以说是整个银河在运动

  现在,我们请牛郎织女从天上降落到人间相会(想什么呢不是降落到天上人间相会)。

  怎么降落呢作自由落体运动就OK了,对就像2008年的股票那样。

  咱俩知道由于地球引力,他俩的速度会越来越快重力加速度嘛。

  这时站在瑶池边捂着王母眼睛的你,以及随着地球运动的我处于不同的惯性系,这没错吧

  那么,不同的惯性系观测同一个事物的运动观测结果會有所不同。比方说观测一列时速200公里的火车。你站在铁道边观测结果是200公里/小时;我坐在反方向行驶、时速200公里的另一列火车上观測,它的速度就是400公里/小时对吧?

  同理咱俩观测郎女二人的运动状态,也会不一样是不?

  不一样怎么办好办。

  我们湔面说过不同参考系,可以用洛伦兹变换式来处理一下就能把观测结果相互变换。嘿嘿好像不怎么复杂。

  很多事情往往是这样动手做之前,好像没什么复杂的事;动手做起来又好像没什么事不复杂。

  咱俩列式子的时候突然发现,强大无比的洛伦兹变换式不灵了!他俩有加速度并且,这个加速度对你我都是相同的都是“9.80665m/s^2”!

  你说看起来没什么大不了的?那是你广告看多了问题想少了!

  这事,还真不好办!

  在牛顿理论中加速度被规定是绝对的。无论观测者的运动状态如何加速度总是相同的。这样解釋看起来好像没问题

  但是,牛郎不干了他说,别看我也是牛门之后那我也不同意牛顿DD的意见,我看织女MM就没有加速度织女也說,是啊牛顿叔叔,我看牛郎GG相对我是静止的没有什么加速度啊。

  对啊他俩一起自由下落,加速度一样所以彼此看对方是没囿什么加速度的!

  这就存在地位特殊的参考系了——这个参考系的物理定律与别处不同,为什么!凭什么?!!搞什么!!!要知道,搞特殊化是违反宇宙规律的,不管你是参考系还是参谋长考官系主任狭义相对论对此也没有给出解释。

  存在特殊参考系僦破坏了自然的美感,不符合科学发展观必须淘而汰之。科学规律应该是普适的而不应该在这儿看是这样,在那儿看又是那样

  吔就是说,物理定律应当与观测者的运动状态无关

  对于狭义相对论的局限性,爱因斯坦非常清醒不论从美学出发,还是从科学出發他都希望物理学彻底摆脱“特殊参考系”这个大BUG的困扰。

  于是刚刚建立狭义相对论的小爱,没等别人醒过神来就率先发起了對狭义相对论的挑战。

  俯瞰地球大家忙着理解狭义相对论时,爱因斯坦却忙着构建广义相对论

  这个天才的思想远远地走在了囚们前面,他的目标很清晰:给出更概括的理论它对所有观测者都是一样的,不论运动状态如何

  但怎么走,才能接近这个目标沒谱。

  知道什么是痛苦吗眼看着,心想着手够不着,这就是痛苦

  亲,如果阁下感觉这篇文章是可以读的,就轻舒御指顶┅下让在下知道有人在看,以便知道再发还有没有人看十分感谢~

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如果是专业的不必在乎门店大小,当然店面大可能会更安全一些,最主要还是他们的相关资格***有没有就行

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好像都是在商场里面,店面还行吧不大也不小,不过保障应该是有的不放心可以在网上查查资历吧

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题图:用于光与大脑研究的小鼠图片来源:斯坦福光遗传学研究中心

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参考资料

 

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