很多人的潛意識(shí)里會(huì)認(rèn)為愛(ài)因斯坦的相對(duì)論很深?yuàn)W，其實(shí)并非如此。愛(ài)因斯坦提出相對(duì)論的過(guò)程雖然很漫長(zhǎng)，經(jīng)歷了很多波折，但以如今的視角來(lái)看，相對(duì)論其實(shí)一點(diǎn)也不難，只要我們對(duì)經(jīng)典物理學(xué)有了基本的了解，就可以很好地理解愛(ài)因斯坦的相對(duì)論。

先從狹義相對(duì)論說(shuō)起。

(資料圖)

狹義相對(duì)論是在兩大假設(shè)基礎(chǔ)上提出來(lái)的，分別是：相對(duì)性原理和光速不變?cè)?，這兩個(gè)原理其實(shí)都是假設(shè)，但絕非隨便就做出的假設(shè)。

何為相對(duì)性原理？簡(jiǎn)單講，物理定律在所有慣性系中都擁有相同的表現(xiàn)形式。

什么是慣性系？通俗來(lái)講就是符合牛頓運(yùn)動(dòng)定律的參照系，靜止或者勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的參照系。

那么相對(duì)性原理到底該如何理解呢？舉個(gè)例子就明白了。假設(shè)你乘坐一輛火車(chē)，火車(chē)完全封閉，你看不到火車(chē)外面的任何風(fēng)景。再假設(shè)火車(chē)一直保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，你也聽(tīng)不到火車(chē)行進(jìn)過(guò)程中發(fā)出的任何響聲。

對(duì)于你來(lái)講，如果閉上眼睛，你絕對(duì)不知道自己身處一輛行駛的火車(chē)上，不管火車(chē)的速度有多快，你都感覺(jué)不到。你在火車(chē)上的感受，與靜止在地面的感受不會(huì)有任何不同。而且在火車(chē)上做的任何實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與在地面上做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)有任何不同。

這就是相對(duì)性原理的直接體現(xiàn)。所有慣性系都是等價(jià)的。

相對(duì)性原理很符合人們的日常生活經(jīng)驗(yàn)。但是麥克斯韋方程組的橫空出世，打破了人們的這種傳統(tǒng)認(rèn)知。

麥克斯韋方程組推導(dǎo)出來(lái)的光速計(jì)算公式中，并沒(méi)有任何參照系，就是一個(gè)常數(shù)，這與“任何速度都是相對(duì)的”這個(gè)觀(guān)點(diǎn)顯然是相悖的。

公式本身也暗示了“光速在所有慣性系中都保持不變”，這怎么可能呢？當(dāng)時(shí)的人們很難接受光速的這種特殊性。

于是物理學(xué)界大佬們必須做出自己的選擇：要么麥克斯韋方程組錯(cuò)了，光速與其他速度一樣，并不是不變的，而是會(huì)隨著不同的參照系發(fā)生變化。要么牛頓經(jīng)典力學(xué)體系下的絕對(duì)時(shí)空觀(guān)錯(cuò)了，基于絕對(duì)時(shí)空觀(guān)的伽利略變換也錯(cuò)了。

物理學(xué)家只能選擇其中一個(gè)，因?yàn)閮烧呤菍?duì)立的，不可能同時(shí)選擇兩個(gè)。但是當(dāng)時(shí)的物理學(xué)界大佬兩者都不敢得罪，畢竟一個(gè)是統(tǒng)治物理學(xué)界幾百年的牛頓，另一個(gè)是提出人類(lèi)歷史最美方程組的麥克斯韋。

怎么辦呢？結(jié)果大多數(shù)科學(xué)家還是站在了牛頓這邊，畢竟大家都很難接受統(tǒng)治物理學(xué)界幾百年的牛頓力學(xué)被推翻。但他們也不敢直接得罪麥克斯韋方程組，結(jié)果只能左右逢源，在牛頓絕對(duì)時(shí)空觀(guān)的基礎(chǔ)上不停地對(duì)光速的特性進(jìn)行各種修補(bǔ)和假設(shè)。

而偉大的愛(ài)因斯坦秉承著“如無(wú)必要勿增實(shí)體”的精神，用奧卡姆剃刀直接把“絕對(duì)時(shí)空觀(guān)”咔嚓掉了，他選擇相信麥克斯韋方程組，提出了“在所有慣性系中光速都保持不變”，也就是光速不變?cè)怼?

于是，在相對(duì)性原理和光速不變?cè)淼幕A(chǔ)上，狹義相對(duì)論呼之欲出。有了這兩個(gè)原理作為背景，只要擁有一定的物理學(xué)知識(shí)，是不難推導(dǎo)出狹義相對(duì)論的。其實(shí)當(dāng)時(shí)的洛倫茲和龐加萊等物理學(xué)界大佬，與狹義相對(duì)論已經(jīng)無(wú)限接近了，但他們就是不肯放棄牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀(guān)，結(jié)果與狹義相對(duì)論失之交臂。

說(shuō)完了狹義相對(duì)論，再來(lái)看看廣義相對(duì)論。

其實(shí)廣義相對(duì)論就是在狹義相對(duì)論基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的，對(duì)狹義相對(duì)論的擴(kuò)展，把慣性系擴(kuò)展到所有參照系。

我們都知道，狹義相對(duì)論的基本背景是慣性系，但現(xiàn)實(shí)生活中慣性系其實(shí)是不存在的，慣性系只是一個(gè)理想狀態(tài)，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中任何物體都會(huì)受到引力的作用。

怎么辦呢？

這時(shí)候才是真正體現(xiàn)愛(ài)因斯坦顛覆性思維的時(shí)刻。為了更好地規(guī)避引力對(duì)參照系的影響，愛(ài)因斯坦提出了著名的等效原理。

何為等效原理？說(shuō)白了就是加速度的效果與引力效果是等價(jià)的，也就是慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量等價(jià)。

舉個(gè)通俗的例子。在地球表面我們都能感受到地球引力，也讓我們擁有了引力質(zhì)量，物體表面的加速度為9.8。

現(xiàn)在讓你身處一個(gè)完全密閉的箱子里，箱子以9.8的加速度直線(xiàn)向上加速，你會(huì)有什么感受？

你的感受與直接站在地面上的感受完全相同，這就是等效原理，你的慣性質(zhì)量就等效于站在地面上的引力質(zhì)量。不管你在密封的箱子里做任何事情，與在地面上的感受完全相同。

在廣義相對(duì)性原理和等效原理的基礎(chǔ)上，愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論。

其實(shí)不管是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，都需要做出一定的“犧牲”才能成立。在狹義相對(duì)論里，為了保證光速的絕對(duì)不變，就需要“犧牲”時(shí)間和空間的絕對(duì)性，這就是相對(duì)時(shí)空觀(guān)。而在廣義相對(duì)論里，“犧牲”的是時(shí)空的絕對(duì)平直性，也就是時(shí)空是彎曲的，任何物體都能引起周?chē)鷷r(shí)空的彎曲，引力的本質(zhì)就是時(shí)空彎曲。

說(shuō)白了，愛(ài)因斯坦通過(guò)時(shí)空彎曲“強(qiáng)行”把物體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)變成“勻速直線(xiàn)”運(yùn)動(dòng)。舉個(gè)通俗的例子，一個(gè)物體看起來(lái)走的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，只是空間上的“曲線(xiàn)”，實(shí)際上在時(shí)空結(jié)構(gòu)里走的是勻速直線(xiàn)，也就是我們通常所說(shuō)的“測(cè)地線(xiàn)”，時(shí)空中的最短距離，而不是空間中的最短距離！

相對(duì)來(lái)講，狹義相對(duì)論更容易理解接受，而廣義相對(duì)論要困難很多，需要更豐富的數(shù)學(xué)知識(shí)，強(qiáng)大的空間思維能力，還有基本的物理學(xué)知識(shí)等，比如說(shuō)微積分，矢量分析等知識(shí)。

關(guān)鍵詞：