爱因斯坦是基于什么思维或理论研究出狭义相对论和广义相对论的？为什么这些看似奇怪的理论都是能够被得到

发布网友发布时间：2022-04-30 14:50

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热心网友时间：2023-10-07 00:30

相对论只是把时间和空间放在了同等的位置，由光速联系起来。在过去，大家都默认不同参考系下的时间是一样快的。但是事实是，如果你以很快的速度运动，那么你的时间就会跑的比地上的人的时间慢。
最先发现这一点的人其实是洛伦兹，但是他没有敢提出来。
简单考虑，在一辆列车上，有个人拿了个电筒，开电筒的瞬间，光以光速顺着火车前进的方向发射。而根据实验结果，地上的人看到的光也是以光速前进(本来应该是光速加车速，这就是光速不变带来的问题)。这样一来，过了一定时间后，地面的人发现光前进了比如5米吧，而车上的人认为光在车上也前进了5米，但是还有列车跑过的一段距离，所以他觉得地面上的人看到光应该跑过比5米大的距离。这时候问题来了，到底地面上的人看到到是5米还是大于5米？
爱因斯坦从另一个方向来考虑，就是假如车上的时间流逝得慢一些，那么地面看到光跑5米时，车上的光还没有跑到5米(时间变慢了)，这样加上列车的移动，也正好是五米。
光速不变是实验结论，所以爱因斯坦放弃了列车和地面的时间相同这一前提，导出了狭义相对论。这一假设同时给出了用地面时间和车速计算列车上的时间的方法。这个假设已经有人用铯原子钟在外太空做过实验了。
狭义相对论实际上是给出了一种时空几何关系。如果用虚数乘光速乘时间，就可以把时间和空间放在同等地位，就是放在一个坐标系里。它们构成的时空是平直的。比如一维平直空间是一条直线，二维平直空间就是一个平面等。而广义相对论的几何不在是平直的，比如把一个平面弄的凸出，或者凹陷，或者像气球表面那样弯曲。弯曲的程度是由那个时空附近的质量大小决定。在时空中，自由运动的物体总是走最短线，但是如果空间弯曲了，你就会发现本来走最短线的物体居然在做曲线运动。就像球面上的最短线其实是圆弧(不再是直线)。这种效应就是万有引力。
就是说，质量使时空发生了弯曲，这种弯曲使得物体偏离本来的运动方向，而在我们看来(我们只能看到空间部分)，就觉得物体是受到某种力的吸引。用几何方法算出来的结果和牛顿的万有引力公式近似得很好。
同时，广义相对论预言的光在大质量天体附近(因此时空弯曲很厉害)的偏转被天文学家观测得很多。这种现象被称为引力透镜(也叫爱因斯坦望远镜)，上网上输入这四个字就可以看到很漂亮的图片。
广义相对论在导航，卫星定位上也有重要应用，因为地球引力的影响，卫星的时间和地球的时间其实是不同步的。需要计算校正。
狭义相对论在高能物理上有重要应用，因为通常粒子都被加速得和光速差不多，这时粒子的时间和地面的时间差得很多。