爱因斯坦的相对论是绝对正确的吗?
【千问解读】
了解科学的人都知道,科学是可以证伪的,目前这个思想被大多数科学家所接受。
这意味着,所有的科学理论,包括相对论和量子力学,都是相对真理,都是可证伪的,都需要发展。
限于篇幅,本文只与您讨论相对论是否是绝对正确的?
正如爱因斯坦所说:……在寻求新的基础时,物理学家必须在自己的思想上尽力弄清楚他所用的概念究竟有多少依据,有多大的必要性。
爱因斯坦是第一个认识到这个问题的人。
在1927年10月布鲁塞尔召开的第五届索尔维会议上,爱因斯坦首次公开发表对量子力学的反对意见。
他以小孔衍射为例指出,哥本哈根学派的概率解释会遇到不可避免的困难。
爱因斯坦认为,以波函数模的平方来表示一个粒子存在于完全确定的位置的概率,这样一种解释就必须以完全特殊的超距作用为前提,从而不允许连续分布在空间中的波同时在胶片的两个部分表现出自己的作用。
我来解读一下爱因斯坦的这句话,按照经典物理的理解,一个波可以用空间和时间的函数来表示,波函数在时间和空间中连续演化,由于胶片上各点的位置与小孔的距离不相等,这意味着这列波的各个点不是同时到达胶片上的。
然而波尔的理论认为这列波是同时到达胶片的,这必然会导致超距作用的存在,而相对论限制了这种超距作用的存在。
爱因斯坦一针见血地指出了波函数的塌缩过程与相对论之间存在矛盾,这就是薛定谔后来所说的量子纠缠。
实验证明量子纠缠真实存在,超距作用真实存在。
可是相对论禁止超光速物质的运动和信息传输,可以说,相对论也禁止了超距作用。
但相对论是绝对正确的吗?它已经完全被实验证实了吗?
相对论的正确性依赖于光速不变原理和相对性原理。
先来看一下光速不变原理。
爱因斯坦假定光在真空中相对于光源和观察者的速度不变。
光速是光这个客体的运动速度,是比较容易验证和否证的。
目前,光速不变原理已经为大量精确的实验所证实。
不过严格说,这些证实其实都应当称为回路光速不变,而不是单向光速不变。
这是由于不存在超光速信号,因此单向光速不可测。
爱因斯坦依据简单性原则进一步规定了单向光速不变性。
至于这个假设是否在任意精度内都成立,还需要进一步理论分析和实验检验。
另外一方面,我们必须要承认,目前的光速测量是我们在宇宙演化到一定的时间段,并且在地球及其附近的空间范围内的测量。
光速是否在整个宇宙空间内,在宇宙的所有演化阶段都是如此,并没有经过验证。
实际上,一些天文学家的观察已经显示,精细结构常数可能随宇宙年龄的增长在缓慢变化,而一些理论模型中光速也将随时间变化。
此外,有关超高能宇宙射线的观察数据似乎也违背光速不变原理。
并暗示在更高能量时,相对论的色散关系将失效,而光速将与波长有关。
再来看一下相对性原理。
相对性原理断言一切自然规律与惯性系的选择无关。
目前相对性原理已经为大量的实验所证实,不过,正如本文开篇所提到的科学的可证伪性,即使我们已知的自然现象都与惯性系的选择无关,我们也无法证实相对性原理的正确性。
只要有一条自然规律与惯性系的选取有关,那么相对性原理就将被否证,相对论则因此失效,并被新的理论所取代。
另一个原因是爱因斯坦对于相对性原理的论证更多地依赖哲学而非事实。
他从不可能找到一个绝对的惯性系出发,利用经典的连续运动作为案例来证明,很明显忽视了非连续性运动的存在。
很明显,爱因斯坦本人的原始论证并不具备普遍性。
很显然,相对论对于连续运动和连续演化现象都是适用的,但是对于量子力学所展示的非定域性、非连续性的波函数坍塌过程很可能并不满足相对性原理,即相对做连续运动的不同惯性系对于这种非连续过程的描述并不等价。
事实上,爱因斯坦本人对于相对性原理是否成立也早有洞见,他认为:只有我们确信所有自然现象都能够由经典力学来说明,相对性原理才是无可置疑的……电动力学和光学的最新进展,下述事实越来越变得明显,即经典力学无法为所有自然现象的物理描述提供一个充分的基础……
从另一个角度来说,量子力学的大量实验都表明,相对论是有局限的。
但现在还不是否定相对论建立新理论的时候,而是要先解决如何调和相对论和量子力学之间的冲突,并进一步发展这个理论。
只要我们能够找到一种现象不满足相对性原理,即这个实验现象与惯性系的选择有关,则相对性原理就会失效。
有这样的实验吗?还真有,波函数的塌缩过程很可能就是违背相对性原理,从而导致绝对参照系的存在。
实验方法如下:在不同的惯性系中测量同一波函数的塌缩时间,然后利用逼近法找到塌缩时间最长的那个惯性系,它就是绝对参照系。
目前牛津大学已经在设计和实施量子光学组的叠加镜实验,这个实验就可以用于寻找绝对参照系。
一旦这个实验取得成功,那么就可以充分说明量子非定域过程不受相对论的限制。
本文与大家聊了一下相对论的正确与否,可以看出,量子力学的大量实验事实证明相对论是有局限的,它只是一个经典的理论。
但目前,还没到建立新理论的时候,眼下最重要的是先要调和相对论与量子力学之间的矛盾,然后进一步去完善这个调和后的理论,为完全新的一个理论打下基础。
物理学已经吹响了向新高度进军的号角,你,会是那第一个在新的制高点插上红旗的人吗?
在明朝当大臣可以和明太祖朱元璋顶撞,但绝对不能做这件事
公元1368年,草根出身的义军领袖在登基称帝,改国号大明,年号洪武。
从社会最低层的流浪娃到君临天下的一代雄主,朱元璋用了不到二十年的时间,创造了中国历史上最励志的传奇。
天下初定后,回想起昔日卑微的经历,皇权在握的朱元璋有着神经质般的警惕。
为了掩饰自卑心理,朱元璋不惜采用铁血手腕维护自己那脆弱的自尊,由此在洪武年间的朝堂上演了一幕幕血淋淋的惨剧。
一、敏感 朱元璋早年在皇觉寺当过3年和尚,期间还屡次受到住持的训斥,这成了他心中难以磨灭的痛。
为此,他对“光、秃、僧、亮”之类的字眼相当敏感,如果有人不小心犯讳惹怒了他,后果会很严重。
杭州的徐一夔本是元末的官,时逢乱世便辞官归隐。
朱元璋创建大明后,诏令他出山续修《》,或许是新上任老板的器重,再度激发了徐一夔的工作热情,完成任务后,他不失时机地上了一道奏表,以倾诉对朱老板的仰慕之情。
当奏表出现在朱元璋的眼前时,其中的一句话让他顿时面色凝重起来。
“光天之下,天生圣人,为世作则。
”,这媚俗的彩虹屁令朱元璋大怒:“生者僧也,光者无发也,淮西方言将‘则’念‘则’,这岂不是讽刺我做过和尚当过反贼?”一念之间,徐一夔就这样稀里糊涂的身首异处。
即便是自家亲戚,也得为自己的不小心犯讳付出代价。
宁妃的哥哥郭德成生性豁达,一次与朱元璋饮酒至深夜,耳酣面热之际,朱元璋看着这位留着地中海发型的大舅哥,取笑道:“醉汉秃成这样,莫不是酒喝多了?”,郭德成借着酒性笑道:“就这我还嫌多哩,剃光了才痛快!”。
第二天酒醒后,郭德成越想越后怕,话已出口再解释也无济于事,只得剃光了头发称病不出。
朱元璋探知后只得悻悻作罢。
不仅如此,就连百姓取名,也不能用“天、国、君、臣、圣”之类的字眼。
鉴于敏感词太多。
礼部官员战战兢兢地写了份奏章,恳求皇上规定哪些字词不能用,以保全臣民性命。
然而就在众多官员如履薄冰时,一个七品小官却胆敢逆龙鳞,当众怒怼天子! 二、一根筋御史 且说朱元璋在宫中待得烦闷,就让去南京城外找个戏班子到宫里活跃下气氛。
戏班的主角全是女子,在当时属于贱民阶层,若不是为皇上表演节目,无论如何她们都不可能进宫。
如今有了这样的机会,一众人在太监的引领下,匆匆过了午门往内殿赶去。
到了奉天门,他们被巡城御史周观政挡住了去路。
领路的太监怒喝道:“我奉旨领人入宫,你小小的御史岂敢阻拦?”,周观政不依不饶地搬出内宫制度:女乐这类贱籍,不得进入皇宫这样高贵神圣的地方。
双方僵持不下,太监只得将戏班留在门外,自己入宫向朱元璋禀报。
听完太监的汇报,朱元璋只得传旨取消戏班演出,并对周观政的工作予以肯定。
以他的秉性,事情闹到这个地步,已经算给足了对方面子,然而这个周观政却是个一根筋的角色,坚持不肯放戏班出宫。
在周观政看来,自己身为御史,向皇上提意见是职责所在。
如今皇上召集戏班意欲何为?这事皇上不说清楚,就不能放人! 无奈之下,朱元璋只得亲自向周观政解释:“宫中音乐废缺,欲使内家肄习耳。
”,最后他不得不低头认错:“朕已悔之,御史言是也!” 贵为的朱元璋,为何会对一个小小的御史认怂?这还得从他赋予言官的职权说起。
言官制度古已有之,但经过朱元璋的改革,明朝言官的职权得到了前所未有的扩大,上到规谏皇帝、下到巡视吏制、体察民情,都属于言官的工作范围。
而周观政所担任的御史一职,正是朱元璋精心打造的监察系统的代表。
如果就此以为朱元璋好糊弄,那就了。
三、磨洋工者死 自幼贫寒的朱元璋,深受元末官员贪腐之害。
创建明朝后,他发动了有史以来最严苛的反贪运动,命人编制了《大诰》,对惩治贪腐作出了详细的规定,其中最硬核的一条:“为惜民命,犯官吏贪赃满六十两者,一律处死,绝不宽待。
” 除此之外,朱元璋对处理贪官的方式上也费尽了心思。
为了震慑官员,他亲自制定了一系列极尽血腥的酷刑:剥皮楦草、挑筋、断指、断手、挖膝盖骨等等。
其中最恐怖的当属剥皮楦草:将贪腐者当众剥皮后,在皮囊内填充稻草和石灰,立在继任者的堂衙前作以警示。
此法一出,大小官员闻风丧胆。
这阵反腐风暴一直贯穿整个洪武朝,朱元璋当政31年,杀死贪官污吏多达15万,其中不乏开国元勋朱亮祖、驸马欧阳伦这样的亲贵。
就连的妻弟,既是儿子朱椿的岳父,又是功勋卓著的宿将,也不免被剥皮楦草的下场。
和户部主事赵乾相比,这些贪腐大鳄死得倒是不冤。
仅仅因为磨洋工,可怜的赵乾就身首异处,用生命向同行们揭示了朱元璋的底线——赈灾不力,必死无疑。
在关系到民生问题时,即便是举无轻重的小问题,在朱元璋看来都是够砍一万次脑袋的恶行。
洪武二十三年十月,湖北发生洪灾,心急如焚的朱元璋命户部主事赵乾赈灾,赵乾从南京出发,一路欣赏沿途风光,两个月后才抵达灾区,又磨磨蹭蹭了三个月,第二年五月才将赈灾粮款发放完毕。
事后朱元璋追究下来,户部上下都为赵乾开脱:赵主事虽然效率不高,但未贪污半厘赈灾款,而且活也干完了,以前官场风气就是如此,人家还吃拿卡要哩!换言之,赵主事已经算得上业界良心了。
雷厉风行的朱元璋哪里受得了这个?一怒之下拟道圣旨:视民死而不救,罪不容诛——不管百姓死活,杀头都不解恨。
随后,主事赵乾被斩首,所有为他开脱的同僚,一律拉出去打一顿板子。
赵乾用鲜血书写了新的记录,成为中国历史上第一位因赈灾不力被砍头的官员。
赵乾的死让官员们都懵了,磨洋工在官场上早有先例,怎么到朱老板这里就得掉脑袋? 年间,官员潘孟阳奉命前往江淮赈灾,带着三四百人沿途寻欢作乐,而且还收受贿赂,唐宪宗得知后龙颜大怒,这么恶劣的行为也不过官降一级了事。
如果他的老板是朱元璋,凌迟之刑怕是难免了。
四、赈灾成效 遇到朱元璋这么接地气的皇帝,赈灾不力成了洪武年间官场的高压线。
犯讳者、劝谏者未必会死,但若是消极赈灾,肯定会死得很难看。
即位之初,重视农业生产的朱元璋就下令,凡是百姓提出与水利相关的建议,不论是否可行,地方官吏都必须上报朝廷,待研究后再作决定,若是隐瞒不报者严惩不贷。
除此之外,朱元璋还详细地地将赈灾的程序编制成律法条例。
比如洪武二十六年就有这样的规定:凡是遭遇水旱灾情,所在的灾区官吏必须将实情汇编成册,逐级转交到户部。
户部立案后,派遣专业人员前方灾区核实,甚至连灾民的姓名、年龄,赋税等数据都的登记成册,再逐级上报,与地方上报的数据吻合后,再执行赈灾款的发放流程。
如此一来,朝廷便对灾情,赈灾款的发放也能精准地落实到灾民手中。
正是这类对消极赈灾的零容忍政策,洪武年间的农业恢复取得了立竿见影的效果。
有研究数据显示:洪武二十四年(1391年),全国耕地面积比洪武元年(1368年)增加了一倍多,由此也带来了国库的充盈和人口的增长。
洪武二十六年(1393年),全国的税粮比洪武十八(1385年)年增长了三成还多,是元末的两倍,到了洪武二十八年(1395年),朝廷收到各地州府上报的奏章,纷纷抱怨粮仓太小,存粮够用好几年,以致于有的粮食都发酸变质了。
元朝鼎盛时期的人口大约是5300多万人,不到三十年,朱元璋就将因战乱凋敝的人口增加到6000多万,而这正是粮食增产带来的最显著的变化。
如今的诸多大中型城市,如开封、太原、西安、扬州等地,都是基于洪武年间的人口增长而升级的。
正是基于朱元璋对官员赈灾的零容忍,蓬勃的大明王朝如一轮红日,在元末乱世的废墟中冉冉升起。
随后便有了,,便有了熠熠生辉的大明风华。
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广义相对论是在什么样的背景下发生的 广义相对论简介
其基础有A.于1915年完成,1916年正式发表。
这一理论首次把引力场解释成时空的弯曲。
概念介绍 黑洞 爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用:它直接推导出某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中的某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出;而多大质量的恒星会塌陷为黑洞则是印裔物理学家钱德拉塞卡的功劳——钱德拉塞卡极限(白矮星的质量上限)。
引力透像 有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。
光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象,这使得人们能够观察到处于遥远位置的同一个天体的多个成像。
引力波 广义相对论还预言了引力波的存在(爱因斯坦于1918年写的论文《论引力波》),现已被直接观测所证实。
此外,广义相对论还是现代宇宙学的膨胀宇宙模型的理论基础。
时空关系 19世纪末由于牛顿力学和(苏格兰数学家)麦克斯韦(1831~1879年)电磁理论趋于完善,一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”,但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时,发现一系列尖锐矛盾,对经典时空观产生疑问。
爱因斯坦对这些问题,提出物理学中新的时空观,建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律,创立相对论。
狭义相对论提出两条基本原理。
(1)光速不变原理:即在任何惯性系中,真空中光速c都相同,为299,792,458m/s,与光源及观察者的运动状况无关。
(2)狭义相对性原理:是指物理学的基本定律乃至自然规律,对所有惯性参考系来说都相同。
爱因斯坦的第二种相对性理论(1916年)。
该理论认为引力是由空间——时间弯曲的几何效应(也就是,不仅考虑空间中的点之间,而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何)的畸变引起的,因而引力场影响时间和距离的测量。
万有引力 广义相对论:是一种关于万有引力本质的理论。
爱因斯坦曾经一度试图把万有引力定律纳入相对论的框架,几经失败后,他终于认识到,狭义相对论容纳不了万有引力定律。
于是,他将狭义相对性原理推广到广义相对性,又利用在局部惯性系中万有引力与惯性力等效的原理,建立了用弯曲时空的黎曼几何描述引力的广义相对论理论。
狭义相对论 狭义相对论与广义相对论:狭义相对论只适用于惯性系,它的时空背景是平直的四维时空,而广义相对论则适用于包括非惯性系在内的一切参考系,它的时空背景是弯曲的黎曼时空。
诞生背景 发展过程 爱因斯坦在1905年发表了一篇探讨光线在狭义相对论中,重力和加速度对其影响的论文,广义相对论的雏型就此开始形成。
1912年,爱因斯坦发表了另外一篇论文,探讨如何将重力场用几何的语言来描述。
至此,广义相对论的运动学出现了。
到了1915年, 爱因斯坦引力场方程发表了出来,整个广义相对论的动力学才终于完成。
开场方程式解 1915年后,广义相对论的发展多集中在解开场方程式上,解答的物理解释以及寻求可能的实验与观测也占了很大的一部份。
但因为场方程式是一个非线性偏微分方程,很难得出解来,所以在电脑开始应用在科学上之前,也只有少数的解被解出来而已。
其中最著名的有三个解:史瓦西解、 雷斯勒——诺斯特朗姆解、克尔解。
三大验证 在广义相对论的实验验证上,有著名的三大验证。
在水星近日点的进动中,每百年43秒的剩余进动长期无法得到解释,被广义相对论完满地解释清楚了。
光线在引力场中的弯曲,广义相对论计算的结果比牛顿理论正好大了1倍,爱丁顿和戴森的观测队利用1919年5月29日的日全食进行观测的结果,证实了广义相对论是正确的。
再就是引力红移,按照广义相对论,在引力场中的时钟要变慢,因此从恒星表面射到地球上来的光线,其光谱线会发生红移,这也在很高精度上得到了证实。
从此,广义相对论理论的正确性被得到了广泛地承认。
另外,宇宙的膨胀也创造出了广义相对论的另一场高潮。
从1922年开始,研究者们就发现场方程式所得出的解答会是一个膨胀中的宇宙,而爱因斯坦在那时自然也不相信宇宙会来涨缩,所以他便在场方程式中加入了一个宇宙常数来使场方程式可以解出一个稳定宇宙的解出来。
但是这个解有两个问题。
在理论上,一个稳定宇宙的解在数学上不是稳定。
另外在观测上,1929年,哈勃发现了宇宙其实是在膨胀的,这个实验结果使得爱因斯坦放弃了宇宙常数,并宣称这是我一生最大的错误(the biggest blunder in my career)。
但根据最近的一形超新星的观察,宇宙膨胀正在加速。
所以宇宙常数似乎有再度复活的可能性,宇宙中存在的暗能量可能就必须用宇宙常数来解释. 基本假设 简单地说,广义相对论的两个基本原理是:一,等效原理:惯性力场与引力场的动力学效应是局部不可分辨的;二,广义相对性原理:所有的物理定律在任何参考系中都取相同的形式。
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