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爱因斯坦的伟大,是从他创建狭义相对论开始的。狭义相对论是建立在“两个基本假设”基础上,彻底改变人类时空观的伟大理论。就“两个基本假设”的提出,无论是“相对性原理”,还是“光速不变原理”,只要了解一些现代物理学发展史的人,都会感到实在没有什么惊人之处。“相对性原理”是人们坚守两百多年的公设,“光速与光源运动无关”是斐兹杰惹和洛伦兹,对“迈——莫实验”结果的解释中提出来的,两者都不是爱因斯坦的“原创”。而且在爱氏应用之前,这两个基本原理已经有了相当的实践基础,应用它也是一个“顺理成章”的事,更谈不上什么创世之举。
爱因斯坦的伟大之处在于:当他把两个已经具有独立的物理学基础的假设,结合起来后引起了“荒谬绝伦”的结果后,仍然敢于在这样不可调和的矛盾中,建立一个能够“自圆其说”的理论,这不仅需要智慧,更需要过人的胆量和极富创造性的思维!让我们来看看“两个假设”加在一起,与经典力学之间所产生的不可调和的矛盾。
在第二假设——光速与光源的运动无关,加上第一假设——“爱因斯坦相对性原理”,直接产生了光速与观察者无关的第一推论(否则我们就可以根据光速来检验出观察者的“绝对速度”,这违反相对性原理)。在这个第一推论下会产生什么,我们用一个简单的例子说明。如图所示:在S系的A、B两点,分别与S`系的A`、B`重合时,自AB的中点O发出一光信号。
A————————O————————B -->V
A`-----------------O`--------------B`
另一方面:因为OA=OB,所以光信号应该同时到达A、B;同时,由于A`、B`与A、B重合,O`A`也应该等于O`B`,因此光信号也应该同时到达A`、B`。
另一方面:光信号在没有到达之前,由于AB个A`B`的相对运动,已经不在重合了。这样一来,光信号要到达A`点,必须先经过A点,A点应该先于A`点接受到光信号;同理,光信号要到达B,必须先经过B`点,B`点应该先于B点接受到光信号。
在上面的两方面分析中,一方面是A、B和A`、B`都应该是同时接受到光信号,一方面是A先于A`、B`先于B。在经典物理学中,时间是与参照系无关的,因此你的同时也必然是他的同时。既然A、B和A`B`都是同时接受到光信号,那么A、B要么同时先于A`、B`接受到光信号,要么A、B同时后于A`、B`接受到光信号,或者A、B、A`、B`都同时接受到光信号,不可能交叉接受光信号。这个逻辑上的“矛盾”,在经典物理学的伽里略合成下是不可调和的。解决这个矛盾的唯一办法是:不同参照一可以有不同的“同时”标准,但这与经典物理学将发生根本性冲突。要知道当时伽里略合成是那么的自然,其正确性几乎是不言而喻,违反它就意味着荒谬!要建立与它有根本性冲突的理论,没有过人的胆量和极强的创造性思维,是不可想象的事情。
不管爱因斯坦为解决这个矛盾,采用什么样的形式。狭义相对论的主要思想都是:根据新的物理学实践(两个假设),修改我们的观念和理论(时空观、力学定律和其他定律的形式),而把原由的理论看做是低速条件下的近似。他成功了,人们接受了他的“修改”! |
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