枭臣,爱因斯坦的相对论不是奇观,它的种子早在71年前现已萌发,蓝色妖姬花语

admin 2019-05-05 阅读:213

相对论是现代物理学的根底之一,爱因斯坦为物理学的革新做出了巨大的奉献。那么,一百多年前是什么启示了他,让他以为以太不存在,让他想到光速对任何观测者来说都是稳定不变的?

在爱因斯坦创建相对论之前,的确现已有了一些根底。迈克尔逊-莫雷试验标明,经典物理学中所说的以太不存在。洛伦兹和斐兹杰惹两位物理学家独立提出尺缩和钟慢效应——速度越快,时刻胀大,长度缩短;当速度趋于光速时,时刻和长度趋于零。在更早之前几十年,麦克斯韦现已一致了电和磁,并发现了一个只包括常数的光速公式。

不过,这些都不是爱因斯坦的创意之源。依据爱因斯坦自己的说法,他的启示来自于1834年法拉第的一次试验——法拉第电磁感应规律。

法拉第是19世纪最巨大的物理学家之一,但他的巨大成就不是树立在发现新的方程式或提出定量的预言之上,而是树立在他那奇妙的试验设置所提醒的成果之上。

当电第一次被利用时,其使用还处于非常初级的阶段,法拉第就现已提醒了电与磁在本质上是彼此联络的深入真理。最开端,电和磁被视为彻底独立的现象,它们并没有被联络在一起。电是依据带电粒子的概念,而磁被以为是一种永久性现象。直到1820年的奥斯特试验,人们才开端理解这两种现象是有联络的。

依据奥斯特试验,假如把指南针放在一根通电导线周围,指南针总是会发作偏转,终究变得与导线笔直。这个试验成果证明了一个革命性的现实:移动的电荷或许说电流发生了一个磁场。接下来,法拉第的试验将更具革命性。

依据牛顿第三运动规律,关于每一个作用力,都有一个持平而且方向相反的反作用力。假如用力推一个物体,这个物体就会以一个持平且相反的力反作用回来。关于引力也是如此,地球把物体招引下来,物体也不会把地球招引上来。

假如导线内的移动电荷能够发生磁场,那么,或许会呈现彻底相反的状况:以一种恰当方法发生磁场能够使电荷在导线内移动,然后发生电流。法拉第自己做了这个试验,而且发现,假如经过移动一个永磁体进出线圈来改动线圈内的磁场,成果线圈会发生电流。

依据法拉第的发现,当改动线圈内的磁场时,就会诱导发生一种电流,它与磁场的改变相反。假如把一个铁环套在两个线圈上,让电流经过一个线圈,就会在另一个线圈中发生电流。假如你把一个旋转的铜盘放到带有电引线的条形磁铁邻近,将会发生稳定的电流,这是第一台发电机。假如把一个载流线圈移进或移出一个没有通电的线圈的内部,它会在较大的线圈中发生电流。

这便是闻名的电磁感应规律,它在1834年被很好地论述。正是经过对这一现象的考虑,爱因斯坦第一次开端提醒相对论原理。考虑一下如下的两种状况:

(1)假设有一个停止的线圈,以稳定的速度把一根条形磁铁移到线圈中,调查线圈中呈现的电流。

(2)假设有一根停止的条形磁铁,以稳定的速度把一个线圈套到磁铁上,调查线圈中呈现的电流。

假如考虑这两种状况而没有触及相对论,所呈现的物理现象会有彻底不同的意义。

关于第一种状况,当把磁铁移到停止的导电线圈中,磁铁会诱导发生一个电场,这个电场会在导体中发生电流,其电流巨细取决于磁铁所发生电场的能量。

关于第二种状况,假如让磁铁坚持停止并移动线圈,磁铁周围就不会发生电场,所以也就没有感应电流。相反,成果是导体中会发生电压(或电动势),它底子没有相应的固有能量。

这一准则首要供认,不存在肯定停止的状况。相对论指出,一切的调查者,不论他们的速度多快或许朝哪个方向运动,他们都会观测到相同的电和磁规律,以及相同的力学规律。

后来的迈克尔逊-莫雷试验更是标明,不管调查者以怎样的方法相关于光源运动,光速相关于他们的速度始终坚持稳定,既不会添加也不会减小。但这个试验仅仅非必须的考虑,正如爱因斯坦本人在《论动体的电动力学》那篇划时代的论文中,以及他的挚友玻恩在多年后描绘爱因斯坦时所说的那样,爱因斯坦依据更早的法拉第试验就现已知道到相对论原理。

结合相对性原理和光速不变原理,爱因斯坦在1905年初次提出了狭义相对论,这永远地改动了咱们对世界的知道。但早在1834年,相对论的种子现已萌发。相对论不是一个横空出世的奇观,仅仅相对论种子花了71年的时刻才在爱因斯坦手里茁壮成长起来。