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    如何通俗地解释爱因斯坦的广义与狭义相对论

    解释有很多层面,而且最后肯定解释不完,比如到“黑洞火墙”什么的就已经接触到人类知识的边界了。倒是有一个起点层面的东西想跟大家分享一下,理解了这两个起点,就能够在学习相对论的路上至少小跑好一阵子了。狭义相对论:1,20世纪初的实验发现,悲剧了?。?!光速在所有参考系中居然是一样的?。?!完蛋了,那以前说的速度叠加怎么办?也就是伽利略变换,说的是卡车的速度是,里面有一头牛速度相对卡车速度是,那么牛相对地面的速度但是如果把?;怀杉す饽??拿一只激光笔在卡车里向前方照射,地面上测到的激光速度仍然是而不是所以伽利略变换是错的,所以伽利略变换的推导过程有问题,那么不妨来看一下推导过程:这尼玛还能有错?!是的,必须有错!因为对于物理来说实验最大,实验必须是对的。伟大的爱因斯坦愣是从不可能有问题地方看出了问题。他认为第三个等号后面的两个是不一样的。分别是和,也就是说不同的参考系有不同的时间,或者说相对的走时率。完蛋后面就是一大波基于两个参考系走时率的推导,唯一的元素就是“光速不变”。你拿一个很简单的原料,就硬生生地炒出了丰富的菜肴:比如什么洛伦兹变换,什么四维矢量,什么物理量的四维化,甚至把电磁场整个都四维了,我全家都四维了。。。学完了之后你会发现,整个世界清静了……亲切的风吹和蝉鸣,鸟语花香的感觉,整个世界都变得简洁了起来。如果你愿意接受的单位,你会发现在四维的世界观里面,原先不一样的物理量被统一起来了。原来三个空间坐标和一个时间坐标组成了一个四维矢量原来质点三个动量分量和能量组成了一个四维矢量用这个办法你会把之前几乎所有的物理量都放到四维的框架里,要么是标量,要么是矢量,要么是四维矩阵的分量。更好玩的事情是:一旦完成了四维化,一切都太完美了,世界变得清晰而简单。所有的物理量变换参考系都只需要使用洛伦兹变换!洛伦兹最高?。?!四维矢量他创造了历史?。?!好的,狭义相对论在1905年就被爱因斯坦研究出来了,但是10年之后的理论才是爱因斯坦的绝对重头戏——1915年的广义相对论。20世纪最伟大的两大理论物理突破,一个是广义相对论,另一个是量子力学。爱神以一己之力就砍下半壁江山实在伟大!而且今年也恰好是广义相对论诞生100周年,让我们一起领略一下:物理世界纷繁复杂,但其实也可以非常直观地理解。我们所有研究的物质,比如苹果或者苹果电脑,像是演员。苹果掉落到地面上,苹果电脑砸在地面上,其实可以理解为是演员在表演。而我们也不能忽略了演员所表演的舞台,那就是时空背景。(传统意义上认为时空背景是3维空间+1维时间,但是狭义相对论告诉我们时空其实是可以互相转换的整体,或者说是一个“四维流型”,4维的整合程度就好像4维空间一样紧密。)一句话来说就是:物质是演员,演员表演的舞台是4维时空。请接收毁三观的头脑风暴吧,在广义相对论里面引力并不存在。电磁力是力,强力弱力是力,但是引力这种力并不存在。你在耍我?专门研究引力的广义相对论告诉我引力不存在?是的,引力不存在,根本就不存在所谓的万有引力。不妨先让我们看一下广义相对论基本公式。为了纪念爱因斯坦,我们把这个最重要的公式叫做爱因斯坦场方程。这个公式在广义相对论中的地位就相当于牛二定律之于牛顿力学的地位一样:看不懂公式?没关心,阿哲来帮你翻译一下这个公式最主要的内容。公式的左边,一大串,描述的是时空的弯曲(其中用到了黎曼曲率张量和曲率标量以及时空度规,什么鬼?),而公式的右边描述的是物质的分布(其中用到了能动量张量,什么鬼?)。第一次听不懂没关系,这个公式也可以这样来解读:时空弯曲的函数物质分布的函数简而言之就是物质分布导致了时空的弯曲,演员的存在压弯了舞台。这才是广义相对论的精髓。那么我们平时说的万有引力怎么体现呢?很简单,演员压弯了舞台,舞台的弯曲又影响到了周围其他演员的表演。物质的存在改变了时空,这个改变又通过时空影响到了周边的物质。那么黑洞是什么情况呢?刚才仅仅说到演员可以压弯舞台,而其实演员如果太重还可以局部压垮舞台。当时空曲率达到一定的阶段就会出现光锥向内的极端情况,就会出现肉包子打狗有去无回的时空结构?;蛘咚底羁斓乃俣裙馑俣嘉薹ㄌ永胍桓鑫锾宓那榭?。当然这段话并不能说清楚,如果你有志于继续学习广义相对论,接下来你要关心的就是如何去定量理解。很简单,1、学会如何用四维的语言描述物质分布2、学习微分几何掌握如何描述时空曲率3、爽快地看几本相对论经典教材,比如Wald的广义相对论4、无穷无尽的爽快未来……最近Springer出了一本RobertBMann的新书《Blackholes:ThermodynamicsInformation,andFirewalls》讲到了黑洞的火墙,不妨作为学习阶段的终极挑战?!铩铩铩铩镏洞丛炖秩?,你是你的大学http://www.wanmen.org★★★★★
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