精选的相对论爱因斯坦
在所有这些实验中,最出名的一个就是迈克耳逊—莫·雷实验,它被誉为“科学史上最成功的失败”,这个实验是在十九和二十世纪之交做的,也可以看作是新旧物理学的分水岭,极具象征意义,因此,也是几乎所有的科学史书必然要提及的一个实验。这是怎样的一个实验呢?
地球围绕太阳公转
迈克尔逊和莫·雷是当时两位著名的实验物理学家,他们是测量光速的泰山北斗。他们要做的这个实验就是测量地球在绕日公转中光速的变化。我们都知道,地球绕着太阳公转,如果把地球想象成一艘宇宙飞船的话,如果它绕太阳公转的速度是1的话,那么,根据伽利略的相对性原理,如果有两束光,一束朝着地球运行的方向射出去,另一束背对着地球运行的方向射出去,那么这两束光的运动速度应该相差2。
可是,让所有人都大跌眼镜的是,实验的结果却是两束光的速度竟然完全一样,没有任何差异。这和我们的常识可不一样。为了解释这个现象,当时的物理学家们想出了五花八门的解释,但就是没有一个人敢于真正否定原来的看法。
光波
好,这就是故事的第一个反转。之前人们相信的都是牛顿和伽利略的观点,认为时间是绝对的,不受其他因素的影响。但到了19世纪末,一系列的实验推翻了人们的这个看法,其中最出名的就是“迈克耳逊—莫·雷”实验,它被称为“科学史上最成功的失败”。
当时间走到了1905 年,这一年被后人称为物理学的“奇迹年”,在任何一本讲相对论的书上,都一定会提到这个年份。在这一年,年仅26岁的爱因斯坦登上了历史的舞台,他当时只是瑞士伯尔尼专利局的一位小职员,在物理学界没有任何名号。然而就是这位年轻人,在头脑中做了一个伟大的思维实验,就像闪电划破黑夜,突然照亮了新物理学的大门。这个思维实验就是:假如我和光飞得一样快,那么我会看到什么?
光波
请你也在头脑中和爱因斯坦一起来做这个思维实验。假如我们和光飞得一样快,如果经过一个手电筒,在我经过的那个刹那,手电筒打开,我将看到什么?这个问题,折磨了爱因斯坦很久,如果按照人们对运动的传统认知,那么我将看到一束相对于我来说是静止的光。但是,爱因斯坦觉得这根本不可能啊。因为光是一种电磁波,什么是波啊?
举例:你拿着一根长绳子,然后抖一下,是不是会看到在绳子上形成一个凸起的波峰一直传递下去?就是绳子上一个点的运动,必然会带动下一个点跟着运动,于是这么传递下去就形成了波。光波的本质就是电场和磁场的交替感应,有点像无数个军人在报数,一定是1、2、3、4这么持续报下去的,这是不可破坏的规则。
爱因斯坦为什么觉得一束静止的光不可能呢?因为这就好比报数到了某个军人那不报了,这就破坏了大自然的规矩。
光束
②爱因斯坦的第二次反转
爱因斯坦做了一个大胆的假设:光速相对于任何观察者来说都是不变的,手电筒打开,无论你是静止的,还是在以光速飞行,光速都是不变的。在这里,爱因斯坦就运用了“奥卡姆剃刀原理”,其他的物理学家为了解释迈克耳逊·莫雷实验中没有测出光速的变化,都不得不做了很多假设,比如仪器在光的运动方向上会收缩,地球运动会拖拽光的传播介质等等,当时的人们还没有认识到光不需要传播介质。
但是,到了爱因斯坦这里,他拿起了“奥卡姆的剃刀”,果断地将这些假设全部刮去,他直接假设:光速本来就是不变的。这就是少到不能再少的假设了。
这在当时看来,是不可思议的,没人这么想过。但是爱因斯坦想,先不管这个假设有多荒谬,我们不妨以这个假设为前提,往前继续推导,看看能不能推导出什么可以被实验检验的结论出来。好,下面请你来跟我一起做一个非常颠覆常识的推演。
奥卡姆剃刀定律
这段特别重要
现在:假设我坐在一艘接近光速运动的飞船上,我拿着一个手电筒,在驾驶舱中按下开关,一束光从船头照射了出去。你站在地面上观察飞船和这束光。现在我们来分别想一下我眼中的这束光和你眼中的这束光有什么差别。请记住,我们现在有一个基本假设,那就是光的速度相对于任何观察者来说都是不变的。
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原标题:日本电视台揭秘爱因斯坦大脑构造异于常人的秘密:额页面积大,脑回处有四处隆起
昨晚,爱因斯坦百年前的黑洞预言得到证实。自爱因斯坦死后,其大脑一向是科学家们热衷的研究对象。日本NHK电视台整理了各种研究成果,原来爱因斯坦之所以智商超高,是因为他的大脑某一结构比普通人发达的多。