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119岁的狭义相对论和109岁的广义相对论,相对的到底是谁?

来源:数字北京科学中心2024-04-16 16:39

  如果你是理科生,如果你想要在大学深耕理科专业,那么有两座爱因斯坦留下的“大山”需要你去攀登:一个是相对论,另一个还是相对论。

  说到爱因斯坦,E=MC²是很多人对他的第一印象,而这个“网红公式”也源自于相对论。

  自狭义相对论诞生至今已有119年,广义相对论也走过了109年的历程。那么,相对论中的“相对”究竟是指谁与谁之间的相对呢?

119岁的狭义相对论和109岁的广义相对论,相对的到底是谁?

  来源|AI生成图片

  古代传说中的“天上一日,人间百年”又是否与相对论中的时间膨胀概念相吻合呢?

  今天,就让我们一起走进这个穿越时空的谜题吧!

  狭义相对论:重塑时空观

119岁的狭义相对论和109岁的广义相对论,相对的到底是谁?

  来源|百度

  狭义相对论,是阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出的理论,它颠覆了牛顿力学中的绝对时空观,提出了全新的时空观念。狭义相对论中的“相对”主要指的是不同惯性参考系之间的相对性。

  在狭义相对论中,有两个核心假设:光速不变原理和等效原理。光速不变原理指出,在任何惯性参考系中,光在真空中的传播速度都是恒定的,不依赖于观察者的运动状态。这一原理打破了牛顿力学中速度叠加的观念,引出了时间膨胀和长度收缩等令人惊叹的相对论效应。

  等效原理则表明,在局部区域内,无法通过实验区分均匀引力场和加速参考系。这意味着,一个加速运动的参考系可以看作是静止的,并且物理规律在这些参考系中也是相同的。这一原理为广义相对论的提出奠定了基础。

119岁的狭义相对论和109岁的广义相对论,相对的到底是谁?

  来源:AI生成图片

  狭义相对论还预言了质能关系式E=mc²,这一公式揭示了质量和能量之间的等价性。它告诉我们,质量和能量可以相互转化,为核能的利用提供了理论基础。

  广义相对论:引力与时空的交织

119岁的狭义相对论和109岁的广义相对论,相对的到底是谁?

  来源|中国科学院理论物理研究所

  广义相对论是爱因斯坦在1915年提出的理论,它是对狭义相对论的进一步拓展,将引力纳入了时空的框架之中。广义相对论中的“相对”不仅涉及不同惯性参考系之间的相对性,还涉及了引力场中的时空弯曲。

  在广义相对论中,物质的存在会弯曲周围的时空,而物体的运动则受到这种弯曲时空的影响。这种时空弯曲的观念彻底改变了我们对引力的理解。引力不再是一种超距作用,而是时空结构本身的表现。

119岁的狭义相对论和109岁的广义相对论,相对的到底是谁?

  来源|科幻空间

  广义相对论预言了许多令人震惊的现象,如黑洞、引力波等。黑洞是时空中的某些区域发生极度扭曲,以至于连光都无法逸出的天体。而引力波则是引力场中的扰动,它像水波一样在时空中传播。这些预言已经得到了许多高精度实验的证实,进一步证明了广义相对论的正确性。

  此外,广义相对论还是现代宇宙学的理论基础。它解释了宇宙大爆炸、黑洞辐射等宇宙现象,为我们揭示了宇宙的起源和演化。

  虽然广义相对论早在1915年就指出“引力场越强,时间就越慢”,但直到1976年才有了第一次精确的实验验证:当时科学家用火箭将原子钟送到1万公里的高空,发现它比海平面时钟大约每73年快一秒。

  2022年,来自中国科学家叶军所率领的科研团队在《自然》杂志发表文章,通过团队开发的世界上最精确的原子钟,得出在一毫米高度差上,时间相差大约一千亿亿分之一,该研究也是迄今为止在最小尺度上验证广义相对论的实验。

  所以,亲爱的青少年朋友们,当你们下次再听到“相对论”这个词时,不妨想象一下这两位百岁老人的故事。他们告诉我们,世界并不是我们想象的那么简单,而是充满了无尽的奥秘和可能性。

  也许,未来的你们,也能成为揭开这些奥秘的科学家呢!

  微信编辑:付新媛

[ 责编:蔡琳 ]
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