Question

爱因斯坦是怎样想出《相对论》的？拜托各位大神

Answer 1

先说一下爱因斯坦相对论的洛伦兹推导过程：K系为不动坐标系，K’系以速度v运动，在K’系的原点O’点和K系的原点O点重合时，O点发光，在K系的t时刻，K系的x点与K’系的O’点重合，推导过程如下：x’=k(x-vt),(1), x=k’(x’+vt’),(2),x=ct,(c为光速),(3),x’=ct’,(4),把（3）,(4)代入（1）ct’=k(c-v)t,（5）,把(3),（4）代入（2）ct=k’(c+v)t’,（6）,把（5）和（6）相乘得cctt’=kk’(cc-vv)tt’,又k=k’，化简得,k=1/{根号下[1-（v*v）/(c*c)]},代回（1），（2）得x’=(x-vt) /{根号下[1-（v*v）/(c*c)]},(1),x=(x’+vt’) /{根号下[1-（v*v）/(c*c)]},(2)，把（3），（4）代入（1），（2）得t'=[t-vx/(c*c)]/{根号下[1-（v*v）/(c*c)]}，t=[t’+vx’/(c*c)]/ {根号下[1-（v*v）/(c*c)]}。 爱因斯坦曾根据他的公式推导出三个现象: 1时间的相对性：一列火车上有两个灯（x’1,x’2），中间有一个接受器x'3，在经过某点时火车上的灯和接受器和地面上的灯（x1,x2）和接受器对齐x3，t时刻x1和x2两点的光同时到达x3，而在火车上t1'- t2'=[ vx2/(c*c)-vx1/(c*c)]/ {根号下[1-（v*v）/(c*c)]}，即火车上的两个灯的光信号不同时到达x'3点的接受器。 2长度收缩：在K’系的O’点和1米点两点间放一根1米长的棍，在K系上看它的长度为1=（x2-x1）/{根号下[1-（v*v）/(c*c)]},爱因斯坦说运动的物体长度会收缩，接近光速的物体长度会缩小为0。 3时间膨胀：运动的物体时间走得慢。在K系中为1小时，在K’系中为1=[t1’- t2’]/ {根号下[1-（v*v）/(c*c)]}，从这一结果看来飞船的速度v越大，飞船上的时间差t1’- t2’越小，即时间越慢。 而我把他的三个现象组装起来却怀疑他的理论有问题.我们先来看第一个现象:时间的相对性，爱因斯坦的四维时空坐标用错了，他的时空坐标的记录方法是：某时+起点位子，即时间与空间不一一对应，在时间的相对性中如果代入（x3，t）而不是代入（x2，t）和（x1，t）那么火车上的事件也同时发生。再有从t=[t’+vx’/(c*c)]/ {根号下[1-（v*v）/(c*c)]}看来t=0时，x’越大t’越小。现在假设K系有一艘静止的宇宙飞船，在t=0时刻，加速运动，加速到一定速度保持匀速直线运动，在这一过程中飞船的长度收缩了。这时我们就要问了:是飞船的船头缩了呢?还是船尾收了呢?还是同时中船头缩船尾收了呢?我们不难想到如果说是船头缩了,那么说明船头的速度慢了,如果没慢,那么船头应在另一个位置也就是它在某一时刻应在当前这个位子之前,换一种说法说就是从出发的起点算起,船头的平均速度要小于船尾的平均速度.如果说是船尾收了,那么说明船尾的速度要比船头的快,用起点来衡量的话,还是船头的平均速度要小于船尾的平均速度.假设同时中船头缩船尾收结果还是一样的.我们只要一个结果,那就是船头的速度要比船尾的速度慢.根据前面得到的一个结果:飞船运动得越快,飞船上的钟走的越慢.我们说同一艘飞船上船尾的钟要比船头的钟走的慢.而这和前面我推测出的以爱因斯坦的逻辑推理推导出的结果完全相反. 下面说一说我向我的大学学校里的物理工作者们提出的关于狭义相对论的我认为很“经典”的问题.比如,大学的物理书上有一道应用狭义相对论的速度推导公式计算相对速度的题目,说:一艘飞船以0.9c的速度向东行驶,另一艘飞船以0.9c的速度向西行驶,问两艘飞船的相对速度?这道题目拿到小学恐怕一,二年级的小学生都会解,但用到狭义相对论的速度推导公式却得到了一个相对速度也不能超过光速c的结果.我问助教:在你面前有两艘飞船,一艘飞船以0.9c的速度向东行驶,另一艘飞船以0.9c的速度向西行驶,1秒钟过后,两艘飞船相距1.8*300000千米,问1.8*300000千米除以1秒的结果代表什么?助教竟然回答不上来.我还问了一位归国的博士---物理系系主任一些问题,他的回答是:“我不表态,我相信中科院的院士也不会表态的.”我问他:“为什么?”他的回答是:“中科院有爱因斯坦的学生.” 我的这些问题也许你听了也会感兴趣的.我问那位海外归来的物理博士的问题就是:爱因斯坦是不是不会用四维时空坐标?我的理解是:在爱因斯坦的第一个推论---'同时'的相对性中,爱因斯坦把地面上两盏灯同时到达中点接收器的事件记为了(t,x1,y,z)和(t,x2,y,z).然后利用公式t'=[t-vx/(c*c)]/{根号下[1-v*v/(c*c)]},把(t,x1,y,z)和(t,x2,y,z)分别代入并相减得t'1-t'2=[t-vx1/(c*c)]/{根号下[1-v*v/(c*c)]}-[t-vx2/(c*c)]/{根号下[1-v*v/(c*c)]}=[(vx2-vx1)/(c*c)]/{根号下[1-v*v/(c*c)]}.我的问题是:地面上两盏灯同时到达中点接收器的事件怎么记为了(t,x1,y,z)和(t,x2,y,z)?到达中点接收器这件事的时间t和灯亮了这件事开始的发生地点x1和x2有什么关系?爱因斯坦说火车进站，站在站台上的人的表时针指向7，分针指向12，7点钟和火车进站是同时发生，现在爱因斯坦这么用四维时空坐标，辩论上有个技巧叫偷换概念，爱因斯坦是不是在偷换概念？地面上两盏灯的地点x1和x2在t时刻在火车上的对应点和火车上接收器接到信号有什么关系?我们先假设光的传播速度是不依赖于惯性系的速度的,即火车上的接收器先接到相向运动的光信号,后接到向背运动的光信号,那么在地面接收器接到x1和x2地点的光信号的t时刻,火车上的接收器在t时刻之前就接到了和接收器相向运动的光信号,而在t时刻之后才接到和接收器向背运动的光信号,这t时刻和火车上接收器接收光信号这一事件的时刻有什么对应关系吗?再有按照爱因斯坦记录事件的方法,就是把中点接收器接到光信号的时刻t和灯亮了这一事件的开始发生地点x1和x2联系起来,从爱因斯坦的公式t'=[t-vx/(c*c)]/{根号下[1-v*v/(c*c)]}来看:在高速行驶的火车上各个地点的时刻是不同的,就算把火车上的灯和接收器的位子调整一下,使两个灯的光信号同时到达接收器,这时两盏灯和接收器三点的时刻也是各不相同的,这时算不算火车上的'同时'事件呢?如果算是,按照爱因斯坦的逻辑在火车这个高速坐标系上又怎么记录呢?这就是我给我校海外归来的物理系系主任提出的问题.如果你感兴趣的话也来发表发表意见吧?在我问完海外归来的物理系系主任这些问题后,回到我的住处,我想如果教材上爱因斯坦的狭义相对论中的'同时'的相对性是错误的,即想象爱因斯坦把他的'同时'的相对性解释为两盏灯和中点的接收器没关系,把两灯亮时定为发生,那么爱因斯坦的四维时空坐标没用错,那样火车上的两盏灯在地面上看虽然是同时亮,但是由于火车上不同地点的时刻是不同的,所以两盏灯不同时发生.也就是爱因斯坦的'同时'的相对性说的不是光速和惯性系的速度无关,而是惯性系中不同地点的时刻不同.

Answer 2

相对论 作为爱因斯坦终生事业的标志是他的相对论 。他在1905年发表的题为《论动体的电动力学》的论文中，完整地提出了狭义相对论，在很大程度上解决了19世纪末出现的经典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命。19世纪末是物理学的变革时期，新的实验结果冲击着伽利略、I.牛顿以来建立的经典物理学体系。以H.A.洛伦兹为代表的老一代理论物理学家力图在原有的理论框架上解决旧理论与新事物之间的矛盾。爱因斯坦则认为出路在于对整个理论基础进行根本性的变革。他根据惯性参考系的相对性和光速的不变性这两个具有普遍意义的概括，改造了经典物理学中的时间、空间及运动等基本概念，否定了绝对静止空间的存在 ，否定了同时概念的绝对性。在这一体系中，运动的尺子要缩短，运动的时钟要变慢。狭义相对论最出色的成就之一是揭示了能量和质量之间的联系，质量(m)和能量(E)的相当性：E＝mc2，是作为相对论的一个推论。由此可以解释放射性元素（如镭）所以能放出大量能量的原因。质能相当性是原子物理学和粒子物理学的理论基础，满意地解释了长期存在的恒星能源的疑难问题。狭义相对论已成为后来解释高能天体物理现象的一种基本的理论工具。 狭义相对论建立后，爱因斯坦力图把相对性原理的适用范围扩大到非惯性系。他从伽利略发现的引力场中一切物体都具有同一加速度（即惯性质量同引力质量相等）的实验事实，于1907年提出了等效原理：“引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。”并且由此推论：在引力场中 ，时钟要走快，光波波长要变化，光线要弯曲。 同时，他推断由遥远的恒星所发的光，在经过太阳附近会弯曲 （ 见光线引力偏折 ） 。这一预言于1919 年由A.S.爱丁通过日蚀的观测而得到证实 。1916 年 ，他预言引力波的存在。后人通过对1974年发现的射电脉冲双星PSR1913＋16的周期性变化进行了四年的连续观测 ，1979年宣布间接证实了引力波的存在，对广义相对论又是一个有力的证明。 广义相对论建立后，爱因斯坦试图把广义相对论再加以推广，使它不仅包括引力场，也包括电磁场，就是说要寻求一种统一场理论，用场的概念来解释物质结构和量子现象 。由于这是当时没有条件解决的难题，他工作了25年之久，至逝世前仍未完成。70年代和80年代一系列实验有力地支持电弱统一理论，统一场论的思想以新的形式又开始活跃起来

Answer 3

爱因斯坦是思考运动速度接近光速时会发生什么现象时，考虑如何与测量值的洛沦兹结果符合时，发现的相对论，他用算式推导出了洛沦兹结果。