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一百年前的1915年11月,阿尔伯特·爱因斯坦向普鲁士科学院提出了他的新广义相对论,可以说这一理论得到了巨大的成功广义相对论建立在爱因斯坦的狭义相对论基础之上,它提供了解决方案

19世纪理论物理学的一些最大谜题因此,为了掌握广义相对论的意义和意义,有必要反思19世纪物理学的现状,看看爱因斯坦如何认识到空间,时间和几何不是绝对的,而是依赖于物理环境在17世纪,艾萨克·牛顿开发了一套方程,描述了我们周围世界的物理特性

这些方程非常成功,从对炮弹飞行的描述到动作行星他们也有一个非常吸引人的财产:所有观察者,无论他们是否移动 - 即不管是哪个当他们对周围世界的描述时,“他们所在的”框架是相同的所以两个朝着不同方向移动的人会看到事件以同样的方式展开即使正式这些人会以不同的方式看待事物 - 一个人可能说事情从左向右移动,而另一个人可能会说他们从右向左移动 - 仍然对展开事件的基本描述保持不变,而这些个体所得的物理定律将具有完全相同的形式但是在19世纪,人们开始注意到并非一切都符合这一规则19世纪是对电,磁和光现象进行广泛研究的时期1865年詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔发表了一系列方程式,将所有这些现象结合到一起一个单一的“电磁现象”在麦克斯韦发现之后不久,人们意识到在谈到喜悦时有些奇怪当我们从一个惯性框架移动到另一个惯性框架时,它们的形状发生变化因此,一个不移动的个体可以观察到与移动的人不同的物理现象所有在牛顿中习惯的观察者的不变性和无关性的美感物理学已经消失现在看来,在描述自然界中的事件时,有些帧比其他帧更好

然后,在20世纪之交,发现了一种新的数学变换,可以在从一帧移动时保留麦克斯韦方程的结构虽然许多人为这一发现做出了贡献,但我们现在将其称为“洛伦兹变换”洛伦兹变换不同于牛顿物理学中使用的惯性框架的标准变换在牛顿物理学中,长度和时间是绝对的,因此一帧中对象的长度与另一帧中该对象的长度相同,也就是时间在一帧中以与在另一帧中相同的方式传递但是,如果从字面上看,Lorentz变换意味着时间和长度实际上会发生变化,这取决于您所处的参考帧

这让爱因斯坦想知道是否保留了麦克斯韦方程的结构仅仅是一个数学技巧或是否存在一些基本的东西他想知道时间和空间是否是绝对的,或物理定律的不变性原则是否应该是最重要的1904年,爱因斯坦认为它是不变性应该具有最高地位的物理定律,并假设相对性原理:所有惯性框架都是等价的,观察者的运动(恒定速度)是无关紧要的,并且所有物理定律都应该具有相同的形式惯性框架当与电磁相结合时,这个原理要求从一个惯性框架转换到另一个惯性框架必须具有洛伦兹变换的结构,意味着时间和空间不再是绝对的,并且当从一个惯性框架变为另一个时改变它们的属性1907年爱因斯坦意识到他的理论不完整相对性原理只适用于观察者移动速度恒定它也不符合牛顿的引力描述爱因斯坦,作为专利官,无法获得实验室设备 为了弥补,他不得不参与思想实验他在头脑中考虑了各种情景并逐步完成了这些思想实验向他展示了重力与加速度没有区别因此,静止在地球上的感觉就像站立时一样在一个恒定的1G加速的火箭飞船中它还表明加速的观测者会观察到基本的几何特性发生变化例如,数字π(数学常数)不能再被定义为圆周长与直径的比值因此,不仅时间和空间失去了它们的绝对意义,而且爱因斯坦意识到几何本身也不是绝对的,并且可能容易受到物理条件的影响所有这些推理使爱因斯坦相信时空的几何形状和发生的物理过程时空,彼此相关,一个可以影响另一个它也导致了一个引人注目的浓缩幻觉:我们认为重力只是通过时空运动的结果

时空的曲率越大,引力就越大

爱因斯坦花了八年时间才找到时空几何与物理几何之间的关系

1915年不仅对我们周围的事件做出了完全不同的解释,而且还解释了一些令人困惑或尚未被发现的现象:从水星的异常轨道,通过太阳引力的光线弯曲,到预测黑洞的存在和宇宙的膨胀这是从纽敦尼亚物理到特殊和广义相对论的颠簸之路但是,在爱因斯坦的洞察力的驱使下,每一步都不可阻挡地朝着一幅持续到今天的宇宙图景开车

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