我这样说 , 大家对 相对论会不会有个全新的认识呢?
24-升级牛顿力学
相对性原理是一个地位非常高的原理 , 它背后有着深刻的哲学和美学思想 。
伽利略协变性和 洛伦兹协变性都只是相对性原理的具体体现 。 区别在于: 伽利略变换下的速度是直接 叠加的 , 而 洛伦兹变换下的速度叠加则比较复杂 , 到 光这里它就刚好 不变了(即光速不变原理) 。
至于 尺缩钟慢 , 它们只是相对论里的两个普通结论 , 切不要以为相对论就只是这些东西 。
爱因斯坦发现用 洛伦兹协变性取代 伽利略协变性就能解决 牛顿和 麦克斯韦的冲突之后 , 自然要修改 牛顿力学里的一些东西 , 让它们也具有 洛伦兹协变性 。
比如 ,动量守恒定律这么重要的定律 , 牛顿力学下的动量守恒肯定是 伽利略协变的 , 那要怎么办呢?
如果我们直接把 牛顿力学里的 动量守恒定律搬到 相对论力学里来 , 这个定律肯定不具有 洛伦兹协变性 。 那么它就不是相对论力学里的定律 , 也就是说相对论里动量守恒不再成立 。
但是 ,动量守恒定律这么重要的东西 , 我们不能说放弃就放弃啊 , 那损失太大了 。
理想的做法是: 我们修改一下动量的定义 。牛顿力学里的动量是 质量乘以 速度 , 但是这样定义的动量在 相对论力学里无法凑出动量守恒 。 所以我们就稍微改一下 , 让修改之后的定律既能保持 动量守恒的形式 , 又具有 洛伦兹协变性 , 那我们就可以继续在相对论里愉快地使用 动量守恒定律了 。
也因此 , 很多 力学量的定义 , 在 牛顿力学和 相对论力学里是 不一样的 。 初学者搞明白这点 , 可以减少很多不必要的困扰 。
25-假装的收尾
好 , 文章到这里差不多就可以收尾了 。
这篇文章的主题是 相对论的诞生 , 在 爱因斯坦把 相对性原理和 光速不变作为两条基本假设 , 并且通过对 时间的分析解决了两者的矛盾以后 ,狭义相对论的创建工作基本上就完成了 。
至于从这两条基本假设出发 , 推出 洛伦兹变换、尺缩钟慢、新的速度叠加公式等在教材了占了很大篇幅的东西 , 都是非常简单的事情 。 一个训练有素的物理专业本科生都能轻松完成这些工作 。
这点我们从 狭义相对论的创立时间表里也能一窥一二: 爱因斯坦花了 10年时间思考狭义相对论 , 用了整整 1年时间去协调 相对性原理和 光速不变 。 协调好以后 , 他仅仅用了 5周的 业余时间就从两个基本假设出发推出了那些结论 , 并发表了论文 。
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如果你觉得创立 狭义相对论并没有你想象的那么困难 , 那是因为 你低估了把相对性原理和光速不变同时列为基本假设所需要的智慧和勇气 。
所以 , 我整篇文章的核心 , 都是在告诉你为什么爱因斯坦会 坚信电磁理论也满足相对性原理 , 以及他又是如何 协调相对性原理和光速不变之间的矛盾的 。
只有明白了这些 , 你才能真正明白 爱因斯坦是如何创立 狭义相对论的 , 其中的难点在哪 , 爱因斯坦的过人之处又在哪 , 为什么其他科学家没有这样想 。
也会明白无论多么伟大的科学家提出多么天才的理论 , 其背后都是有理可寻、有据可依 , 绝不是凭空拍脑袋就能想出来的 。 学习物理没有捷径 , 千万不要以为即便没有基础 , 只要想到一个 绝妙的点子就能扬名立万 , 媲美爱因斯坦 。
对 长尾科技来说 ,再复杂的科学 , 也有简单的逻辑 。 我帮你把它们背后的逻辑理都清楚 , 你就会觉得一切都很自然了~
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