當前位置:律師網大全 - 專利申請 - 愛因斯坦為什麽能沒有計算機、科技不發達的情況下,提出那麽超前的理論?

愛因斯坦為什麽能沒有計算機、科技不發達的情況下,提出那麽超前的理論?

其實愛因斯坦的相對論更加著重壹個觀念的建立,並不需要十分復雜的計算。而壹個全新世界觀的建立卻又是十分困難的,因為很多時候人們都很容易被慣性思維所左右。

下面來看壹下愛因斯坦是怎麽樣推導出這個在當時嚴重超前的理論的。

其實關於這個理論的發現過程在1922年12月14日,愛因斯坦在日本京都發表的演講中有提及:

我第壹次考慮相對性原理這個想法的時間,大概是在17 年前。我說不準它從何而來,但它肯定與運動物體的光學問題有關。光穿過以太海,地球也穿過以太海。從地球的角度來看,以太正在相對地球流動。然而我在任何物理書刊中,都無法發現以太流動的證據。這使我想要找到任何可能的途徑,去證明地球運動引起的以太相對地球流動。在開始思索這個問題時,我根本沒有懷疑過以太的存在或地球的運動。因此我預言,如果來自某個源的光被壹面鏡子適當地反射,那麽它應該有壹個不同的能量,這個能量取決於它的移動是沿著地球的運動方向還是相反方向。利用兩個熱電堆,我試著通過測量在每壹個熱電堆中產生的熱量的不同,以此核實這壹點。這個想法與在邁克爾遜實驗中的壹樣,但我對他的實驗的理解當時還不清晰。

當我還是壹個思索這些問題的學生時,就已熟知邁克爾遜實驗的奇怪結果,並出於直覺意識到,如果我們能接受他的結果是壹個事實,那麽認為地球相對以太運動的想法就是錯誤的。這壹洞見實際上提供了第壹條導致現在被稱為狹義相對論原理的東西的道路。我自此開始相信,雖然地球繞著太陽旋轉,但也不能利用光的實驗證實地球運動。

恰好正是在那個時間前後,我有機會拜讀了洛倫茲在1895 年的專著。洛倫茲討論並設法完全解決了壹階近似的電動力學,即忽略運動物體速度與光速比值的二階和更高階小量。我也開始研究斐索實驗的問題,並假設在用運動物體坐標系取代真空坐標系時,由洛倫茲建立的電子方程式仍然有效,以此來解釋斐索實驗的問題。無論如何,我當時相信麥克斯韋—洛倫茲電動力學方程是可靠的,它描繪了事件的真實狀態。此外,方程在壹個移動坐標系也成立這壹條件,提供了壹個被稱為光速不變的論點。但光速的這種不變性,與從力學得知的速度相加法則不相容。

為什麽這兩件事互相矛盾?我覺得自己在這裏遇到了壹個異乎尋常的困難。我花了幾乎壹年的時間思索它,認為自己將不得不對洛倫茲的觀點做某種修正,但徒勞無果。我只好承認,這並不是壹個容易解決的謎。

偶然之下,壹個住在(瑞士)伯爾尼的朋友幫助了我。那天是個好天氣。我拜訪他,對他說的話大概是:“我這些天壹直在與壹個問題做鬥爭,不論怎樣嘗試,都沒法解決它。今天,我把這個難題帶給妳。”我和他進行了多方面的討論。通過這些討論,我突然恍然大悟。第二天,我又拜訪了他,幹脆痛快地告訴他:“謝謝。我已經完全解決了自己的問題。”

我的解決方法事實上與時間的概念有關。要點是,沒有壹個絕對的時間定義,而是在時間和信號速度之間有壹個分不開的聯結。利用這個想法,我就能第壹次完全解決那個之前異乎尋常的困難。

有了這個想法後,我在五周內完成了狹義相對論。我毫不懷疑,從哲學觀點來看,這個理論也是非常自然的。我也意識到它很好地符合了馬赫的觀點。盡管正如與後來廣義相對論解決了的那些問題壹樣,狹義相對論與馬赫的觀點顯然並沒有直接聯系,但是可以說它與馬赫對各種科學概念的分析有間接的聯系。

就這樣,狹義相對論就出來了。然後就是廣義相對論:

廣義相對論的第壹個想法發生在兩年後—1907 年,它是在壹個值得紀念的環境中發生的。

運動的相對性限於相對勻速運動,不適用於隨意的運動,當時我對此已經感到不滿了。我總在私下想,是否能以某種方法來去掉這種限制。

1907 年,應《放射性與電子學年鑒》(Jahrbuch der Radioaktivit?tund Elektronik)的編輯施塔克先生的要求,我嘗試為該年鑒總結狹義相對論的結果。當時我意識到,雖然能夠根據狹義相對論討論其他所有自然法則,但這個理論卻無法適用於萬有引力定律。我有壹種強烈的渴望,想設法找出這背後的原因。但要實現這個目標並不容易。我對狹義相對論最不滿意的,是這個理論雖然能完美地給出慣性和能量的關系,但是對慣性和重量的關系,即引力場的能量,還是完全不清楚的。我覺得在狹義相對論中,可能根本找不到解釋。

我正坐在伯爾尼專利局的椅子上的時候,突然產生壹個想法:“如果壹個人自由落下,他當然感受不到自己的重量。”

我嚇了壹跳。這樣壹個簡單的想象給我帶來了巨大的沖擊力,正是它推動著我去提出壹個新的引力理論。我的下壹個想法是:“當壹個人下落時,他在加速。他觀察到的,無非就是在壹個加速體系中觀察到的東西。”由此,我決定將相對論從勻速運動體系推廣到加速度體系中。我期待這壹推廣能讓我解決引力問題。這是因為,壹個下落中的人感受不到他自己的重量,可以被解釋為是由於壹個新的附加引力場抵消了地球的引力場;換句話說,因為壹個加速度體系提供了壹個新的引力場。

我並沒能以這個觀點為基礎,馬上把問題完全解決。我又花了八年以上的時間找到正確的關系。但同時,我開始部分地意識到這個解決方法的大體基礎。

馬赫也堅持認為所有加速度體系是等效的。但這明顯與我們的幾何不相符,因為如果允許加速度體系,那麽歐氏幾何將不能在所有體系中都適用。不用幾何表達壹個法則,就像不用語言表達壹個想法。我們首先必須找到壹種表達我們思想的語言。那麽在這種情況下,我們要找的是什麽?

在1912 年之前,我都沒解決這個問題。就在那壹年,我突然意識到,有充分理由相信高斯的曲面論可能是揭開這壹謎團的鑰匙。當時我意識到了高斯曲面坐標極其重要,但還不知道黎曼已經提供了有關幾何基礎的更深刻的討論。我碰巧想起,當我還是壹名學生時,在壹位名為蓋澤的數學教授的課上聽過高斯理論。從這裏我發展了自己的想法,並且想到了幾何必須有物理意義這壹概念。

當我從布拉格回到蘇黎世時,我的好朋友、數學教授格羅斯曼正在那裏。我在伯爾尼專利局時,很難得到數學文獻,而他曾經願意向我提供幫助。這壹次,他教了我裏奇理論,之後又是黎曼理論。所以我問他,是否能通過黎曼理論真正解決我的問題,即曲線元的不變性是否能完全決定它的系數—我壹直試圖找到這個系數。1913 年,我們合寫了壹篇論文。但我們並沒能在那篇論文中得到正確的萬有引力方程。雖然我繼續研究黎曼方程,嘗試了各種不同的方法,但只是發現了諸多不同理由,使我相信它根本不能得出自己想要的結果。

接下來是兩年的艱苦研究。然後我終於意識到在自己先前的計算中存在著壹個錯誤。因此我轉回了不變量理論,並試著找到正確的萬有引力方程。兩周後,正確的方程終於第壹次出現在我的眼前。

關於我在1915 年後所做的研究,我只想提宇宙學問題。這個問題涉及宇宙幾何和時間,壹方面基於對廣義相對論中的邊界條件的處理,另壹方面則基於馬赫對慣性的觀點。當然,我並沒有具體地知道馬赫對慣性的相對性有什麽看法,但他肯定至少對我產生了壹個極其重要的影響。

無論如何,在嘗試找出萬有引力方程的不變性邊界條件後,我終於能通過把宇宙視為壹個封閉空間並消除邊界而解決了宇宙學問題。從這壹點我得出以下結論:慣性只不過是壹個由壹些物體***享的性質。如果壹個特定的物體旁邊沒有其他天體,那麽它的慣性肯定會消失。我相信,這使廣義相對論在認識論上能令人滿意。

從愛因斯坦的描述中也可以看出,這兩個理論的推出,並不是壹下子就推出了全部,而是由壹些實驗和想法壹點點推出來的壹個理論,它的誕生也是有相當的物理基礎支撐的。

後人對愛因斯坦的評價

後人認為,愛因斯坦是壹個愛好和平的人,也盡自己的畢生所能為世界和平作出巨大貢獻,因為愛因斯坦林逝世之前把自己全部的研究心血都燒了,壹些至親好友說愛因斯坦這樣做是為了避免戰爭,為了避免壹些別有用心的人把他的研究數據拿去制造武器。

其實在愛因斯坦活著的時候,歐洲的科學家對愛因斯坦的評價也非常正面,他們都認為愛因斯坦已經做了前人所不能做的工作,雖然愛因斯坦晚年有些小小的失誤,但是總的來說他對全人類的貢獻是任何人都無法忽視的,他創造了三大定律,也改變了人們的世界觀和價值觀,更改變了之後的科技。

也有人對愛因斯坦的評價集中在他的性格方面,很多專家認為他是壹個低調內斂的人,也是壹個特立獨行的人,在他的遺囑中,他囑咐世人不要把他當成神來崇拜,也不要把他生前的舊居辟成博物館來供後人瞻仰,看起來這位科學巨匠並不希望他死後受到太多人打擾,也不希望他的逝世對人們造成影響。

  • 上一篇:蘇州大學是幾年級?
  • 下一篇:無負壓供水設備
  • copyright 2024律師網大全