狭义相对论的奠基人,他差一点早于爱因斯坦提出狭义相对论

宇宙时空探索 2024-01-31 15:42:26

提到相对论,可谓家喻户晓。并不是所有人都理解相对论,但肯定都听说过。而同样家喻户晓的还有大名鼎鼎的爱因斯坦,他甚至早已成为智慧的“化身”,成为高智商的代名词。

但是知道这个人的并不多:洛伦兹。或许只是热爱物理学或者学过高中物理的伙伴们才听说过这个名字。实际上,洛伦兹差一点就早于爱因斯坦提出狭义相对论,当时的他已经无限接近相对论了,只可惜就差“最后一层窗户纸”没有捅破,最终与狭义相对论失之交臂。

打个比方,洛伦兹就像一个可爱的大男孩,而狭义相对论就像一个漂亮的女孩,两人一见钟情,彼此都知道对方很喜欢自己,但这个男孩子并没有直接说出“我喜欢你”之类的话来确定关系,以至于两个年轻人之间那层“窗户纸”一直没有捅破!

这也是为什么有一部分学者认为,是洛伦兹提出的狭义相对论,只是他没有明确提出这个概念而已。

那么,具体是怎么回事呢?为什么会有学者认为是洛伦兹提出的狭义相对论呢?下面具体讲述一下洛伦兹,爱因斯坦以及狭义相对论之间的“爱恨情仇”。

洛伦兹虽然没有爱因斯坦那么出名,但同样是伟大的物理学家,洛伦兹力很多人都听说过吧,就是带电粒子在磁场中受到的力,就是以洛伦兹的名字命名的。

洛伦兹的童年很悲惨,在他8岁时母亲就去世了,好在他的继母对待洛伦兹很好,帮助他走出了童年的阴影。

洛伦兹从小就对物理学产生了浓厚的兴趣,在进修研究生和博士期间也主要研究光学的相关问题。

当时的洛伦兹处于一个物理学变革的重要时期,牛顿力学一直统治着物理学界,固若金汤,早就被视为神明。同时麦克斯韦提出的电磁理论横空出世,对物理学界的影响力丝毫不亚于牛顿力学。

不过两个伟大的理论对于世界的认知出现了根本性的矛盾,显得有些格格不入,主要体现在对光速的理解层面。

麦克斯韦方程组推导出来的光速公式表明,光速在真空中的速度是不变的,这里的“不变”不是指“每秒30万公里”不变,而是光速与任何速度叠加之后仍旧保持不变。

光速不变与牛顿力学发生了矛盾,而洛伦兹要做的就是努力协调两者之间的矛盾。一开始物理学界大佬提出了以太的概念,假设以太是绝对静止参照系,也是光速的参照系,但之后的迈克尔逊莫雷实验表明,以太并不存在。

如果以太果真不存在,就意味着光速真的是不变的,结果就是牛顿力学错了。保罗洛伦兹在内的物理学界大佬们当然不可能接受这样的结果。于是洛伦兹提出了这样的设想:把真空中的光速视作光在以太中传播的特殊情况,只要对光速不变稍作改变,两者就不会出现矛盾了,牛顿力学体系仍旧是完美的,也不会与麦克斯韦电磁理论发生冲突。

洛伦兹认为以太在运动的方向上会收缩,从而导致了光速不变,并不是说光速真的不变,只是以太收缩的表现形式。

具体来讲,洛伦兹是这样思考的。

在牛顿力学体系中,万物的运动必须有一个参照系,否则就没有意义。也就是说,在我们说“某个物体是运动还是静止的”时,必须有“参照系”这个前提作为基础。

这样的例子在我们日常生活中比比皆是。比如说你和朋友驾车出行,时速为100公里,在你朋友眼里,你是静止的。但在路人眼里,你的速度很快。这就是参照系的选择不同造成的不同结果。

参照系又可以分为惯性参照系和非惯性参照系。何为惯性参照系?顾名思义,就是依靠惯性来运动的物体所在的参照系,说白了就是静止或者匀速直线运动。

明白了参照系的定义,下面我们继续举例一点点深入讲述。

假设交警在高速公路上发现了一辆小汽车超速了,开始追赶那辆小汽车。由于高速公路限速120公里,警车的速度始终保持在时速120公里,但超速的小汽车速度已经达到了时速160公里。

那么,两辆汽车的速度差就是时速40公里,小学生都明白这个道理,就是相对速度的计算公式而已嘛。

但千万不要小看这样的公式,如果把这个公式用物理学术语来描述,立马就会变得高大上起来,因为它就是“伽利略变换”。

怎么样?是不是名字一变,立马就感觉档次上升了一个台阶?

但也不要因此而去“酸”伽利略本人,虽然道理大家都知道,但那是人家总结出来的公式。就像“两点之间线段最短”一样,平时我们走路上都会走直线,实际上每个人都明白这个道理,但很少有人总结出来。

扯得有点远了,回归正题。

牛顿力学体系的基石其实就是伽利略变换,当然,你也可以认为基石是绝对时空观,但本质是一样的。

现在我们彻底放飞我们的思维,来做一个思想实验,假设高速公路上的警车和超速的小汽车都突然“疯狂”起来,两辆汽车都以0.8倍光速反方向行驶,当然这个速度的参照系都是地面。

于是,按照伽利略变换的速度叠加来计算,两辆汽车的相对速度自然就是1.6倍光速,但是按照麦克斯韦方程组解释,光速是最快的速度,并且光速是不变的,1.6倍光速自然是不可能的。

同时,伽利略变换推导出来的结果本身也有矛盾。如果警车朝着逃逸的小汽车发射一束光,也就是电磁波,这束光无论如何都追不上小汽车,毕竟两辆车的相对速度是1.6倍光速,超过了光速,也就是说,警车根本就无法测量逃逸车辆的速度。

但在理论上,通过伽利略变换却能计算出逃逸车辆的速度是1.6倍光速。理论推导出来的结果在现实中无法具体实践,显然这是矛盾的。

洛伦兹是如何解决上述矛盾的呢?方式简单粗暴:直接把光速恒定或者说光速极限这个原则加到伽利略变换中,结果伽利略变换“摇身一变”成了著名的“洛伦兹变换”。

当然,洛伦兹变换的推导过程并非如此简单,上面已经说了,洛伦兹把光速不变的原因归为以太在运动方向上会收缩,在此基础上利用两个参照系之间的速度关系,推导出了洛伦兹变换。

而爱因斯坦直接否定了以太的存在,提出光速就是绝对不变的,他在光速不变的基础上,推导出来的结果正好与洛伦兹变换完全一样。

这是巧合吗?

当然不是,是必然的。因为爱因斯坦和洛伦兹两人推导的基础其实都是“光速不变”,只是爱因斯坦更为简单粗暴,直接提出光速就是绝对不变的,而洛伦兹换了一种方式,认为光速并不是绝对不变的,只是以太在运动方向上的收缩导致了光速不变的“假象”。

但洛伦兹坚守的以太又是什么呢?实际上不就相当于“时空”本身吗?时空本身就是以太,而在爱因斯坦眼里,时空也确实会在运动方向上收缩,所谓的“尺缩效应”。

所以,我们能说洛伦兹坚守以太的概念“错”了吗?非要说错了的话,也只是错在牛顿力学体系下的绝对时空观对洛伦兹影响太深了,他完全无法放弃绝对时空观。

说白了,当时的洛伦兹真的无限接近狭义相对论了。甚至他可以什么都不做,只要放弃绝对时空观思想,狭义相对论就到手了!

而爱因斯坦提出狭义相对论之后,也把洛伦兹变换当作相对论的基本公式之一,并称洛伦兹为狭义相对论的“奠基人”,可见在爱因斯坦眼里,洛伦兹多么伟大!

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评论列表
  • 2024-04-23 16:18

    天才的思想散发出灿烂的光芒,普照众生

  • 2024-02-20 14:16

    专搞创造假说的悖论斯坦!…… 创造假说10000个,也不可能认知自己后脑勺的形状,只可能是欺骗!认知自然规律只能靠观测归纳。……依靠老婆数学,依靠创假物理,解释稀奇,号称证明了不可能证明的公理。。。蔑视自然——违反相对速度自然公理,否定三维绝对空间自然公理,胡编时空关联,胡编相对时间,挑战诚信,欺师灭祖,终身搞骗!………自然绝对诚实,观测认知可能走弯路,但真理永远是绝对的,真就是真假就是假。………“相对真理”是悖论斯坦的骗术之一!………看到别人从符合经验的几何公理公设出发证明具体命题,他偏要号称证明公理公设,真是蛤蟆学水牛的蠢货!

  • 2024-02-20 14:14

    创造公理(公设),号称可以证明,这是爱因斯坦的方法。 公理可以证明吗?不可能。万有引力定律能证明吗?不可能。但可以证伪!!! 参考系平权公设(宇宙处处可放羊)可以证明吗?不可能。只能号称证明了! 所谓的物理定律对所有参考系不变,是个已经证伪的大笑话: 狭义相对论让星钟变慢,再来个广义相对论让星钟变快,你说这钟倒不倒霉?关键是反复修正还是不行(有效证伪)!这不是两头骗吗?参见论文“部分相对论效应对北斗原子钟性能影响分析” ………为引力找原因是目的论物质观。。。自然存在没有原因,不需要原因。追求目的的人才需要因果原因。引力是一种存在,是牛顿归纳发现的,满足“只能如此理解”的必要性和充分性,也符合所有普遍经验。———明天还有太阳,需要原因和证明吗?

  • 2024-03-09 23:12

    自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量?篡改美女“动能公式(天天到处用)”把她变性成和尚“质能方程(看到人家核弹成功了,他居然假惺惺地说后悔编造了狗屎造核弹方程)”………这个莫名其妙的数学“能量”是动能还是势能?如何与质量运动发生作用?——解释光电效应?物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。对比牛顿对“引力”必要充分真实的严谨归纳,是不是荒唐的笑话???——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改伽利略变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”

  • 2024-02-09 09:36

    光速作为一种速度必定是要有参照物才能成立,因为速度和时间的乘积就是在描述一种长度。那么长度是必有所指的,无论是空间也好物体也好,光速*时间走过的长度就是光速的参照物。否则请你告诉我光速是怎么来的?伽利略变换没有问题,是小编把它强制描述成有问题了。光作为一种波,它是以它的传播介质为参照物进行运动的,这本质上跟声波水波没什么两样。如果光在地球大气中传播,那么它就是以大气为媒介进行传播的,而汽车也是大致上以大气为参照物运动的。如果汽车与大气的相对速度为0.8c,而光相对于汽车的速度则是0.2c。反观如果以光速不变作为前提,光相对于超速车和警车之间的距离计算则才是真的矛盾重重。我们现在认为光波的前锋相对于超速车和警车速度都是c,经过1秒钟后。由于两车背向而行,相对速度是1.6c,两车距离为1.6c。而以光前锋为参照物两车距离则为2c。以超速车角度观察两车距离则为1c,因为1秒钟后光前锋刚好到达超速车。以警车角度观察两车距离就是1.6c,光远离警车1c。因此为了解释光速不变,就改各种长度和时间参数,这有背于物理和数学的简洁性。这不是真实的宇宙!

  • 2024-04-30 13:43

    他爸爸有动能,他爸爸也有势能,动能和势能都能变成他爸爸。他到底有多少爸爸呀?

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简介:用通俗的语言诠释科学