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4 狭义与广义相对论（第1页）

一秒记住【xiaoyanwenxue.com】精彩无弹窗免费！这本书是20世纪伟大的物理学家霍金写的，一本科普性质的著作，深入浅出，主要讲述了整个物理学的进程，现在物理学所到达的顶点以及未来要研究的方向。

最开始，人们认为世界是驮在一只巨大乌龟背上的平板，世界万物都是围绕地球转动。

公元前340年，希腊哲学家亚里士多德认为地球是一个圆球，不是一块平板。亚里士多德认为地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着地球公转。

1514年，波兰教士尼古拉哥白尼提出了一个更简单的模型。他的观念是，太阳静止地位于中心，而地球和行星们围绕着太阳作圆周运动。

约翰斯开普勒修正了哥白尼理论，提出行星不是沿着圆周，而是沿着椭圆运动。

1687年，艾萨克牛顿爵士出版了他的《自然哲学的数学原理》，提出物体如何在空间和时间中运动的理论，并且发展了为分析这些运动所需的复杂的数学。此外，牛顿还提出了万有引力定律。

1781年，哲学家伊曼努尔康德发表了里程碑般的，也是非常晦涩难懂的著作纯粹理性批判。在这本书中，他深入地考察了关于宇宙在时间上是否有开端、在空间上是否有限的问题。

1929年，埃德温哈勃作出了一个里程碑式的观测，即不管你往哪个方向观测，远处的星系都正急速地飞离我们而去。换言之，宇宙正在膨胀。

亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。也就是说，他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔，只要用好的钟，不管谁去测量，这个时间都是一样的。

1865年，麦克斯韦理论预言，射电波或光波应以某一固定的速度行进。如果假定光以固定的速度行进，人们就必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。

麦克斯韦方程组推倒出，惯性参考系中，光以固定的速度前进，相对于任何物质，都是这个速度，并被迈克尔逊莫雷实验证实。

比如说，一束光朝你射过来，你无论朝哪个方向移动，以多大的速度移动，你测出的这束光的速度都是不变的，这就有点像是灵异事件了。

因为，在牛顿的物理学定理中，一辆火车向你开过来，速度是100ms，假如你坐在一辆汽车上，速度是50ms，那么你和火车之间的速度是150ms。

可是，一但上升到光速级别，就不是这么回事了。一束光以速度c发射过来，而你同时以0.1c的速度迎着光奔跑，但你相对于光的速度仍然是c，而不是1.1c。这里，c=30万公里s。

世界上有质量的物体的速度不可能超过光速，因为速度越大，它的质量就越大。而当它接近于光速的时候，它的质量趋于无穷大，需要花费无限大的能量，才能够给它提供加速度。无限大的能量显然是不存在的。

光这种物质本身就很特殊，从产生到发射，中间不需要时间来加速，它一出来就是每秒30万公里。而有质量的物体是需要经过加速的。比如，汽车从开始加速到100公里小时，是有一个过程的。

杨晨看到这里时，觉得这些理论彻底颠覆了他的想象，与过去理解的物理学很不一样。难怪，有很多物理学家晚年都相信神学，是什么导致这种现象产生，很多人相信这是上帝的安排。

牛顿认为上帝是存在的，万有引力就是上帝创造的天体运行规则。上帝在创造万物的时候，也给万物制定了运行规则，而万有引力就是上帝创造的规则。当上帝创造了万物及万物的运行规则以后，他就不管了，他不会进行人为的干预。这就像一个钟表师创造了一个钟表以后，他就任随钟表自己运动下去一样。

人是怎么来的？以前解释不清楚，于是中国古代的说法是女娲制造出来的，这本质上是一种神学。

世间万物，日月星辰，为什么会按照一定的规律运动，这“最初的一击”是从何而来的？沿着这个思路推理下去，最终牛顿把这个“最初的一击”归结为上帝。牛顿也就从科学家走到了神学家。

以前老师讲过，说是牛顿认为是上帝早上起来踢了一脚，于是日月星辰就这样运动了。

为什么光速是不变的？爱因斯坦给出的解释是，因为时间变了，时间也是相对的。你在一艘以0.1c的速度行驶的宇宙飞船上，测试一速发射过来的光，因为宇宙飞船上的时间变慢了，所以测试出来的光速仍然是c。

爱因斯坦的相对论，包括狭义相对论和广义相对论，深刻的揭示了时间和空间的关系。

每个人的时间是不一样的，如果你身上有个钟，我身上有个钟，早上我们把钟对好，晚上回来，就会发现时间不一样。由于速度太小，这种差异性体现不出来。

而一旦上升到光速，差异性就会体现出来了。

天上的卫星围绕地球高速运动，根据狭义相对论，它上面的时间比地面上的时间要慢，因为高速运动的物体上的时间要变慢。

而根据广义相对论，天上的卫星因为离地面更远，受到的万有引力更小，所以时间比地面快。这一慢一块的差别，就是卫星上的时间跟地球上的时间的差距。这个差距会影响GPS定位精度，需要调节卫星上的时间来保持卫星和地面的时间一致。

上面的这些内容，是杨晨阅读《时间简史》经过思考，以及根据爱因斯坦相对论推导过程得出的，有点困惑，他还要花些时间来消化。

相对论在最初开始提出的时候，据说世界上没几个人能懂。爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖，是因为他提出的光电效应，而不是因为相对论。从影响上来说，相对论的提出要比光电效应伟大成千上万倍，是大象和蚂蚁的区别。

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