¿Qué ha aportado exactamente la teoría de la relatividad a la humanidad?

La teoría de la relatividad ha desvelado imparablemente este mundo absurdo y ha vuelto a hacer consciente al ser humano de su propia ignorancia e insignificancia.

Antes de hablar de este tema, hablemos primero de la diferencia entre la mecánica cuántica y la relatividad:

Primero, la mecánica cuántica es producto de la lluvia de ideas de muchos científicos, mientras que la relatividad es El resultado de la teoría de Einstein. Stan lo tomó todo por sí mismo.

En segundo lugar, la mecánica cuántica es una pequeña corriente que se acumula poco a poco a partir de Planck°. La teoría de la relatividad nació de la nada y se logró de la noche a la mañana.

En tercer lugar, por muy absurda que sea la mecánica cuántica, al menos parte de fenómenos experimentales. Para explicar los resultados experimentales, se construyen varias fórmulas teóricas. La teoría de la relatividad fue inventada por Einstein. aire, y luego basado en la teoría para encontrar fenómenos experimentales.

En cuarto lugar, la mecánica cuántica ha cosechado montones de premios Nobel, mientras que la relatividad nunca ha ganado un premio.

En quinto lugar, la mecánica cuántica se ha utilizado ampliamente durante mucho tiempo. Es posible que muchas personas no lo sepan y piensen que la mecánica cuántica es solo un juego para los físicos, de hecho, la mayoría de los brillantes logros de la ciencia moderna. La tecnología se debe a la mecánica cuántica, y la teoría de la relatividad, además de usarse para la calibración de cálculos, no proporciona ninguna tecnología de producción.

En sexto lugar, la mecánica cuántica se aplica a cosas microscópicas, como electrones, protones, etc., y la teoría de la relatividad se aplica a cosas macroscópicas, como estrellas, tiempo, espacio, etc.

En séptimo lugar, el mundo descrito por la mecánica cuántica está segmentado y cuantificado, mientras que el mundo descrito por la teoría de la relatividad es continuo.

Dime, ¿es esta perfecta coincidencia demasiado, haciendo que la gente se pregunte si Dios está jugando una mala pasada a la humanidad? La teoría de la relatividad y la mecánica cuántica parecen haber sido aceptadas. ¡Son tan contradictorias y al mismo tiempo tan impactantes que realmente han torturado a generaciones de físicos!

Los físicos nacen con una “mente unificadora” y lo mejor es resumir todas las leyes del universo en una fórmula. Para unir estas dos teorías, la humanidad ha hecho esfuerzos extremadamente arduos. Dejaremos esta evocadora historia para más adelante.

De hecho, en la era de la física clásica, también es una historia de gran unificación. Después de que la física clásica experimentó la "era newtoniana" de diversificación, convergió gradualmente hacia la unidad.

> "Una mayor unificación" La obra cumbre en el camino hacia la "unificación" no es otra que las "Ecuaciones de Maxwell", que figuran al menos entre las tres fórmulas más importantes de la humanidad.

Este asunto es muy sencillo de decir. Originalmente, "electricidad" y "magnetismo" eran dos personas diferentes, sin embargo, desde que Faraday Q descubrió la inducción electromagnética, todo el mundo sabe que la electricidad y el magnetismo han estado relacionados durante mucho tiempo. No tienen idea. Justo cuando todo el mundo estaba ansioso, Maxwell hizo un trazo de su pluma y a partir de entonces la electricidad y el magnetismo se convirtieron en una sola familia.

Las ecuaciones de Maxwell explican completamente las leyes de transformación mutua de la electricidad y el magnetismo en una forma extremadamente hermosa, ¡una belleza poco común en la física! Al tratarse de Bai Fumei, es inevitable atraer abejas y mariposas, incluido nuestro protagonista de hoy, Einstein.

A Einstein siempre le ha fascinado la "luz". La luz es un tipo de onda electromagnética que pertenece a Maxwell, por lo que Einstein miró obsesivamente este conjunto de ecuaciones. Esta escena es como la realización de la palma del éxtasis por parte de Yang Guo. Einstein la miró y de repente se dio cuenta. Planteó una hipótesis sobre el éxtasis: el principio de la velocidad constante de la luz.

¿Qué significa el principio de velocidad constante de la luz? Por ejemplo: te quedas quieto al costado de la carretera, yo conduzco a una velocidad de 10 y la niña conduce a una velocidad de 50, entonces la velocidad de la niña es 50 para ti y 40 para mí.

Este es nuestro entendimiento normal, ¿verdad?

En la misma escena, reemplaza a la chica con "un rayo de luz", entonces debería ser: la velocidad de la luz para ti es 300.000, y para mí es 299.990, ¿verdad? Einstein dijo que no entiendes muy bien la "luz" No importa cuál sea tu velocidad, su velocidad siempre será 300.000.

Para ser extremo, tu velocidad es 0 y mi velocidad es 299,999. El mismo rayo de "luz" nos atraviesa a ambos. La velocidad de este rayo de luz es 300000 para ti, y es. ¡También 300000 para mí!

Entonces, ¿se trata de un haz de luz o de dos haces de luz? Por supuesto que es un rayo de luz, pero este rayo de luz siempre parece moverse a la misma velocidad para diferentes personas. El punto de partida de la teoría de la relatividad proviene de una suposición extremadamente absurda: ¡el principio de la velocidad constante de la luz!

Dado que la velocidad de la luz es absolutamente constante, debería llamarse "absolutismo".

El concepto de relatividad corresponde a la "visión absoluta del espacio y el tiempo". Desde un punto de vista académico, todas las leyes físicas tienen la misma forma matemática en todos los sistemas de referencia inerciales. principio de la relatividad". Esta es la teoría de la relatividad. El segundo supuesto, sé que no entiendes el significado de esta oración, no te preocupes.

Este tema vuelve a ser un poco filosófico.

Volviendo a la escena de ahora, la velocidad de mi bicicleta es 10 y tú te quedas quieto al borde de la carretera. Supongamos que solo quedamos tú y yo en todo el sistema o el universo, entonces quién. se esta moviendo?

En tu opinión, yo me estoy moviendo, y en mi opinión, tú te estás moviendo. Para entender quién se está moviendo, digamos esto: mi velocidad relativa a ti es 10. Este es el contenido de la física de la escuela secundaria. No es difícil de entender para la gente de hoy, pero era diferente en el contexto de la teoría del "éter" en ese momento.

¿Qué es el “éter”?

Este es otro concepto propuesto por Aristóteles, un viejo compañero de clase: el espacio está compuesto de éter, pero no podemos verlo. La quietud y el movimiento son relativos al espacio, lo que significa “Yo soy relativo a "Mi". La velocidad relativa al espacio es 10" en lugar de "Mi velocidad relativa a ti es 10". Esta visión, junto con el tiempo eterno unidimensional, se denomina "visión absoluta del espacio-tiempo" de la era de Newton.

Esta era una hipótesis muy común en ese momento El famoso científico Michelson, ganador de. El Premio Bell de Física y un genio absoluto, ha estado buscando el éter. Como resultado, después de 8 años de búsqueda, él personalmente estranguló la teoría del éter.

Volver a la teoría de la relatividad

"Principio de velocidad constante de la luz" + "Principio de la relatividad", vale, ¿y luego qué? ¿Pueden estos dos subvertir el mundo? Así es, estas dos cosas son suficientes. ¡Presta atención, el viejo piloto Einstein está empezando a correr!

Supongamos que un conductor experimentado acelera el coche a 50 veces la velocidad de la luz y luego se emite un haz de luz desde el techo del coche que brilla verticalmente sobre el suelo. Para las personas en el carruaje, el carruaje no tiene velocidad. Equivale a hacer brillar un rayo de luz de arriba a abajo en un carruaje estacionario. El resultado es muy simple, la luz simplemente brilla directamente hacia el suelo. Entonces, la distancia recorrida por este haz de luz es la altura del vagón, y el tiempo que tarda es: altura del vagón/velocidad de la luz.

Pero para las personas que están fuera del vagón, las cosas son un poco problemáticas. El haz de luz se ilumina de arriba a abajo en el vagón en movimiento. Durante este proceso, el vagón se mueve constantemente, por lo que el camino que toma la luz. es una barra.

Es como disparar una bala desde lo alto de un carruaje al suelo. Desde la perspectiva de las personas dentro del carruaje, la bala cae en línea recta, pero desde la perspectiva de las personas fuera del carruaje, la bala cae. En realidad, la bala cae en diagonal. Por supuesto, correr en diagonal cubrirá una distancia más larga que correr en línea recta.

Esto no supone ningún problema en la física clásica. Debido a que la velocidad de la bala debe sumarse a la velocidad del carro, la velocidad real de la bala ha aumentado. Incluso si la distancia ha aumentado, el tiempo final calculado es el mismo.

Sin embargo, Einstein dijo que la velocidad de la luz es constante No importa qué tan rápido se mueva tu carro, la velocidad de la luz sigue siendo la velocidad de la luz. Entonces, la cosa se complica porque la distancia aumenta, y. Si la velocidad de la luz no cambia, ¡el tiempo aumentará!

Lo mismo ocurre: el tiempo dentro del vagón es mayor que el tiempo fuera del vagón. Esto no es fácil de explicar.

Einstein dijo, ¿para qué? La velocidad de la luz es constante, así que solo podemos perder el tiempo. Así es, ¡el tiempo en el carruaje se ha ampliado!

El tiempo es invisible e intangible, diga lo que quiera decir Einstein. Cambiemos el ejemplo.

Cuando el viejo conductor está conduciendo, enciende una luz en el medio del vagón, lo que equivale a encender una bombilla. Para las personas en el vagón, el vagón está parado, por lo que la luz. Debe brillar al mismo tiempo. Pero para las personas que están fuera del automóvil, el automóvil avanza y la velocidad de la luz no cambia, por lo que la luz debe iluminar primero la pared trasera y luego la pared frontal. No se trata de una cuestión de dilatación del tiempo o no.

Si hay receptores en las paredes delantera y trasera respectivamente, entonces ambos receptores reciben la señal al mismo tiempo o uno tras otro.

Einstein dijo: No sabes en absoluto qué significa "simultaneidad". ¿Cómo puedes juzgar si dos eventos que suceden en dos lugares son simultáneos? Cuando ocurren estos dos eventos, cada uno emite una señal de destello. Si la luz llega al centro de los dos lugares al mismo tiempo, entonces se considera que los dos eventos ocurrieron al mismo tiempo; de lo contrario, no son simultáneos. Por lo tanto, las personas dentro del vagón ven cosas al mismo tiempo, mientras que las personas fuera del vagón ven cosas en diferentes momentos. "Al mismo tiempo" también es relativo.

¿Lo entiendes? Esta "luz" realmente encarna los innumerables favores de Einstein. Incluso el tiempo debe seguir los pasos de la luz.

Para otro ejemplo, supongamos que el sol desaparece repentinamente. La Tierra lo sabrá 8 minutos después. ¿Es posible que la gente en la Tierra sepa el momento en que desaparece? Einstein dijo que es completamente imposible. Después de que el sol desaparece, la tierra todavía puede sentir la luz del sol y la gravedad del sol. No importa qué método se utilice, no hay forma de saber que el sol ha desaparecido en 8 minutos.

Incluso si encuentras a alguien en el sol que te llame, la señal de radio tardará 8 minutos en llegar a la tierra. Entonces la pregunta es, para la gente de la Tierra, ¿el sol desapareció hace 8 minutos o desaparece ahora?

Vale, admito que ya estoy un poco confundido, así que simplemente confundiré un poco más el problema. ¿Cómo miden las personas en el vagón la longitud del vagón?

Esto es muy sencillo, basta con coger una báscula y medirla directamente. Pero es más problemático para las personas que están fuera del vagón, porque el vagón está en movimiento. Pero la balanza que sostienes está estacionaria.

Debes anotar las lecturas de la báscula en la parte delantera y trasera al mismo tiempo. Si sigues la simultaneidad definida por Einstein, encontrarás que el carro en movimiento es más corto que el carro estacionario. ¿No es esta conclusión un poco ridícula?

Einstein dijo que frente a la "luz", el tiempo puede verse comprometido, ¡así que la longitud no es nada! La longitud de un objeto a lo largo de la dirección del movimiento se reducirá. Esto se llama "efecto de contracción de la longitud", o "efecto de contracción del pie", para abreviar. Vamos, la calidad probablemente se perderá.

Así es, debido a que el tiempo está relacionado con la velocidad, la velocidad está relacionada con la energía cinética y la energía cinética está relacionada con la masa, de esto se puede deducir que la masa no es la masa original. Einstein dijo: La masa aumentará a medida que aumente la velocidad, y luego combinando las fórmulas del momento y la energía cinética, obtenemos la famosa ecuación masa-energía: E=MC al cuadrado.

Aunque Einstein confundió el tiempo, la longitud y la masa, en esencia, no es más que una fórmula de transformación entre un marco de referencia en movimiento y un marco de referencia estacionario. Los estudiantes que son buenos en matemáticas están empezando a sentirse frustrados. La dilatación del tiempo, el acortamiento de la longitud y el aumento de masa se pueden derivar de acuerdo con la "transformación de Lorentz":

Ve y mira estas fórmulas, y lo verás. Entiendo por qué a Einstein no le gustaba la velocidad de la superluz. Según la fórmula anterior, una vez que un objeto alcanza la velocidad de la luz, el tiempo se vuelve infinitamente lento, la longitud se vuelve infinitamente pequeña y la masa se vuelve infinitamente grande. Este nivel de tontería finalmente fue. inaceptable incluso para el propio Einstein.

¿Ha notado que todos los supuestos que acabamos de mencionar se analizan bajo la premisa de velocidad uniforme y estacionariedad? Este escenario solo es aplicable a situaciones ideales y los escenarios de aplicación son relativamente limitados, por lo que se denomina "especial". Relatividad".

En situaciones reales, a menudo es necesario agregar gravedad o aceleración al sistema, y ​​los escenarios de aplicación son más amplios, como sugiere el nombre, esto es "Relatividad General".

La teoría general de la relatividad no sólo es extraña en su contenido, sino también extremadamente compleja en matemáticas. Einstein tuvo que pedir ayuda al matemático Grossman para completar conjuntamente el artículo "Esquema de la teoría general de la relatividad y la teoría general de la relatividad". la teoría de la gravedad".

¡A excepción de los estudiantes del Departamento de Matemáticas y Física, los demás estudiantes no deberían leer este fantástico artículo para evitar irritar sus ojos!

El científico británico Eddington fue un fiel seguidor de Einstein y la primera persona en introducir la teoría general de la relatividad en el mundo de habla inglesa.

Un día, alguien le preguntó a Eddington: "Estimado profesor, escuché que sólo hay tres personas en el mundo que entienden la teoría de la relatividad. ¿Es eso cierto?" Después de pensarlo, Luke Eddington respondió: "Tal vez puedas decir que sí, pero me pregunto ¿quién es la tercera persona?"

Esta pequeña historia finalmente evolucionó hasta convertirse en un rumor que escuchamos a menudo ahora: sólo hay tres personas en el mundo que entender la teoría de la relatividad. Por supuesto, esto es una exageración, pero la relatividad general es, de hecho, más problemática que la mecánica cuántica.

Bohr decía que no se puede aprender mecánica cuántica la primera vez. Por otro lado, todavía hay esperanza si la aprendes unas cuantas veces más. En cuanto a la teoría general de la relatividad, nosotros, la gente corriente, deberíamos apresurarnos a iniciar el tratamiento lo antes posible. Sólo podemos aplicarla mecánicamente y sería bueno si pudiéramos tragarla entera.

La siguiente es la teoría general de la relatividad aplicada mecánicamente:

El conductor veterano pisó el acelerador y el coche aceleró hacia adelante. Note que estaba acelerando. Un rayo de luz brilla desde el techo hasta el piso. La velocidad de la luz es constante y la velocidad del automóvil es cada vez más rápida. Es como si el agua fluyera hacia abajo y el automóvil se acelerara. , es decir, la distancia recorrida por la luz debe ser curva.

Einstein dijo que la velocidad de la luz no puede cambiar, por lo que sólo puede doblar el espacio. ¡El espacio es curvo! ¡Esto es demasiado descarado! ¡Obviamente fuiste tú quien lo dobló tú mismo, no el espacio que lo dobló!

Einstein continuó diciendo que "gravedad" y "aceleración" son equivalentes, por lo que la gravedad también hará que el espacio se curve. Entonces imagina lo que sucederá si la gravedad es lo suficientemente fuerte y el espacio es lo suficientemente curvado, como el origami, y los dos extremos están doblados y superpuestos.

¡Sí, el concepto de agujeros de gusano existe! Abre un agujero de gusano para destrozar el espacio y podrás ir directamente de un punto a otro. ¡Así es como se producen fantásticos saltos espaciales!

¡Hasta ahora, todavía puedes pensar que todo esto es una tontería y llamar a Einstein sensacionalista!

La teoría de la relatividad en este momento es como explosivos enterrados en el edificio de la física, solo que le falta una mecha. Sin embargo, pronto se encontraron numerosas mechas que detonaron este edificio clásico centenario.

En 1911, Einstein publicó "El efecto de la gravedad en la propagación de la luz". Dado que la gravedad y la masa del sol curvarán el espacio circundante, la luz también se curvará al pasar cerca del sol. El fenómeno se puede ver en Observar un eclipse solar total.

Eddington, un fiel seguidor, engañó al gobierno británico para que financiara esta ridícula prueba. Al final, los datos de observación mostraron que la posición de las estrellas efectivamente había cambiado, lo que concordaba con los resultados de los cálculos del telescopio. Teoría de la relatividad: Eddington se lamentó: Estos pequeños pequeños movimientos cambian el mundo.

Como resultado, Einstein se hizo famoso de la noche a la mañana. Chaplin tuvo una ocurrencia que resumió apropiadamente la escena de ese momento: "La gente me aplaudió porque entendía mi arte. La gente aplaudió a Einstein, porque no". uno entiende su teoría.

El problema de la precesión del perihelio de Mercurio que ha preocupado a la astronomía durante muchos años se ha explicado satisfactoriamente. Mercurio tiene cierta precesión innecesaria cuando se mueve hacia el perihelio (que nosotros, la gente común, podemos entender). cuando Mercurio está cerca del sol, habrá algunos nervios inexplicables), y el valor de exceso de precesión es de 43 segundos de arco cada cien años. Nadie pudo explicarlo en ese momento.

Einstein calculó la curvatura de. El Sol respecto al espacio es exactamente de 43 segundos de arco cada cien años, lo cual es una coincidencia perfecta, lo que significa que la precesión adicional se debe a la curvatura del espacio. Los datos de Venus medidos posteriormente también son consistentes con la teoría de la relatividad. /p>

Para verificar la relación entre la gravedad y la velocidad frente al tiempo influenciados por el impacto, los científicos continúan enviando relojes atómicos al espacio exterior, y la desviación del tiempo causada por la gravedad es completamente consistente con los cálculos de la teoría. de la relatividad.

Todos los experimentos han demostrado que la teoría de la relatividad es confiable y definitivamente no es producto de la fantasía de un loco.

La teoría de la relatividad revela el manto de este absurdo. mundo de manera imparable, haciendo una vez más consciente al ser humano de su propia ignorancia e insignificancia.

¡Tengo que volver a adorar a Einstein! Debes saber que la gente en ese momento ya estaba inmersa en el gran impacto que trajo la mecánica cuántica: las cosas están segmentadas y sus posiciones son aleatorias, pero la descripción espacial de la teoría de la relatividad es continua, se puede calcular con precisión y es completamente consistente. Con la mecánica cuántica, ¡paradójicamente, esto va simplemente en contra de la tendencia general del mundo!

¡Nadie esperaba que Dios le diera a la humanidad dos dones completamente diferentes al mismo tiempo! Lo que es aún más loable es que Einstein no es sólo uno de los fundadores de la mecánica cuántica, sino también el fundador de la teoría de la relatividad. No se puede decir que esta habilidad de "luchar de izquierda a derecha" sea "incomparable", al menos así es. es "sin precedentes".

Por tanto, Einstein ocupa el segundo lugar en la historia de la física, sólo superado por el pionero Newton.

Sin embargo, las aplicaciones de la teoría de la relatividad son muy pocas. Sólo se utiliza para calibrar diversos datos de observación o equipos experimentales, como la calibración de la precisión del GPS, los cambios en la masa y la vida útil de partículas de alta energía. , o para predecir ondas gravitacionales, etc.

Al recordar este desastre, Einstein se dio una palmada en el trasero y se fue después de correr. Sin embargo, el punto de partida de esta teoría: el principio de la velocidad constante de la luz ha vuelto locos a innumerables físicos.

La teoría de la relatividad y la mecánica cuántica han dividido abruptamente la columna vertebral del árbol tecnológico en dos direcciones, pero los físicos creen obstinadamente que el origen de las cosas es, en última instancia, el mismo. En los últimos cien años, todo el mundo ha soñado. de It es unificar estas dos teorías principales, ¡pero ambas fracasan!

Aunque el camino por recorrer es largo, todo el mundo sigue avanzando hacia la gran unificación. La muy popular "teoría de supercuerdas" y el gran colisionador de los últimos años son los esfuerzos renovados de la humanidad en pos de la gran unificación. .