Question

相对论到底讲了啥？普通人至今仍然无法理解

Answer 1

首先关于相对论官方描述是这样的：该理论在20世纪改变了理论物理学和天文学，取代了主要由艾萨克·牛顿创立的有200年 历史 的力学理论。它引入了一些概念，包括作为时间和空间的统一实体的时空，同时性的相对论，运动和重力时间膨胀，长度收缩。在物理学领域，相对论改善了基本粒子及其基本相互作用的科学，并引领了核时代的到来。在相对论的帮助下，宇宙学和天体物理学预测了一些特别的天文现象，如中子星、黑洞和引力波。

相对论通常包括爱因斯坦提出的两个相互关联的理论:狭义相对论和广义相对论。狭义相对论适用于没有重力的一切物理现象。广义相对论解释了万有引力定律及其与其他自然力的关系。适用于宇宙学和天体物理领域，包括天文学。

这些看似简单的解释背后隐含的深奥是普通人无法理解的，看懂这个理论和理解这个理论完全是两回事，即便是懂的人，他的解释也不一定正确。比如他们认为光的曲线是因为它遵循时空的曲率，但事实并非如此。它弯曲是因为光速在空间上是可变的。看看爱因斯坦在1920年说的：

这个结果表明，根据广义相对论，在有引力场的空间中，光速不变定律不再成立。正如一个简单的几何考虑所表明的，光线的曲率只发生在光速在空间上可变的空间中。

或者想象你在开车。如果路的左侧有泥， 汽车 就会向左行驶。那是因为泥浆使左边的轮子减速。坦克跑道也一样。你把坦克开到左边，把左边的赛道减速。

一旦你理解了为什么光会弯曲，就很容易理解为什么物质会下落。你所需要知道的就是爱因斯坦-德哈斯效应，它“证明了自旋角动量确实与经典力学中所设想的旋转物体的角动量具有相同的性质”。所以只要把一个电子想象成光，绕着它转啊转。然后把它简化成光沿着正方形的路径传播。然后想象它在引力场中，路径的垂直部分保持垂直，但水平部分稍微向下弯曲。所以电子就像抛物线的自由落体一样，就这么简单。

当然，这只是其中一点，前面说到了，相对论包含了两个关键理论：狭义和广义。狭义相对论相比而言，更容易理解一点，而广义相对论就难了。我不是物理学家，如果我告诉你我理解它，那我就是在撒谎。当然，我只是纯粹地说出我的感受。

关于狭义相对论，我们要想在生活中发现狭义相对论的现象是很困难的，因为我们在相对较慢的速度下没有体验到它的影响。如果我们以光速75%的速度移动，我们肯定会注意到它的效果，比如时间膨胀，这也是大多人最喜欢研究的一点。

因为相对论描述的最多的就是关于光速以及时间的关系，而光速总是以一种速度传播，不管它的来源是什么。广义相对论中的一些原理是可以理解的，加速度和重力的原理是一样的。这是一个关键点，将有助于你从理解狭义相对论到广义相对论。比如两名观察员各手持一个大钟，以80%的光速相互放大。哪一个的时间慢了？每个观察者都声称对方的时钟运行缓慢。他们都是对的。

所以，让他们中的一个慢一点，坐在另一个旁边，这样他们就能看到谁的钟慢了。你和我将是做这个实验的人。我会是那个放慢脚步然后赶上你的人。所以，我放慢速度，反转方向，加快速度，靠近你和你的时钟。当我现在站在你旁边聊天和比较时钟，我们现在都看到我的时钟运行缓慢。更糟的是，我和我们开始这个实验时差不多大，但你比我大。原因是什么？我经历了力，加速力，或重力。如果你转过身来赶上我，你的钟就会走得很慢，你就会更年轻，这些因素是关键。当你猛踩刹车或油门，身体被推到座椅或方向盘上时，这些力在 汽车 中是相同的。这些力与重力相同。这就是为什么具有强大引力的物体会在其附近扩张时间。靠近黑洞飞回地球？你经历了我们刚才在狭义相对论中看到的时间膨胀。

是的，很难摆脱我们对绝对时间的本能观念。由于缺乏严格的坐标系，以及需要使用协变导数等数学工具，确实使事情比牛顿力学困难得多，但在实践中，大多数这些计算都被证明非常简单，特别是在计算机的帮助下。但是…假设你是个理论物理学家。你完成了广义相对论的课程，最终掌握了所需的技能，比如说，推导出施瓦茨柴尔德解或者自己算出水星的近日点推进。

然后你开始学习量子场论。很快你就会意识到你所学到的一切：坐标变换，协变导数，张量微积分，只是一个起点：困难的部分还没有到来！

但作为对这个问题本质的更一般的回答，物理学总体上是困难的，因为大自然没有义务是直观的或可视的。在我看来，我们人类文明最伟大的成就之一，就是我们开发了心智工具，以我们的数学、物理（以及化学、生物学和自然科学的所有其他分支）的形式，通过这些工具，我们可以理解自然，尽管我们的感官和想象或想象的能力受到限制。