科學也可以如此靠近

牛頓力學全錯,早已被《相對論》推翻!為什麼中學生還需要學習?

4月
30
2018

2018年4月30日15時 今日科學 科學認識論

科學認識論

不管對於上過學或者沒有上過學的你,也必然知道牛頓,達爾文,愛因斯坦這樣的世界頂級科學家。至於牛頓的偉大之處,我在這裡也沒有必要再多做贅述。牛頓的三大定律和萬有引力定律已經統治物理學整整兩百餘年。這在期間,牛頓力學被奉為權威,沒有任何科學家可以挑戰他的絕對地位。但是牛頓力學統治下的物理學依舊無法解決許多自然現象,包括光的波動性,黑體輻射,光速不變等自然現象。直到20世紀初,普朗克第一次提出了能量量子化的概念,這才象徵性的打破了牛頓牢不可破的絕對地位。隨後五年,愛因斯坦又發表了《狹義相對論》,牛頓力學再次被重創!

事實上,牛頓力學可以簡單劃分為對時間和空間以及引力的詮釋,也就是絕對時空觀和萬有引力。絕對時空觀認為:時間總是均勻地流逝著,空間是平直均勻分布的,兩者之間沒有半點關係。然而愛因斯坦在1905年發表的《狹義相對論》直接給絕對時空觀判了死刑。狹義相對論指出,時間的流逝快慢和物體的運動速度密不可分,速度越快,時間過的越慢。

我們生活中之所以感受不到時間流逝因速度帶來的變化,在於生活中的速度都遠遠小於光速。只有速度超過光速的十分之一才能明顯地感受到時間變慢。

至於牛頓的絕對空間和萬有引力已經被愛因斯坦在1915年發表的《廣義相對論》重新書寫了。廣義相對論的目的就是在闡釋引力的本質,廣義相對論認為有質量的存在必然會彎曲周圍的空間,這一點也得到了觀測數據的支持,牛頓的絕對空間被認為是錯的!

至於萬有引力,牛頓只是知道引力是大自然潛在的客觀存在,卻不知道其原因。而愛因斯坦的廣義相對論卻明確指出,引力的本質是空間的彎曲。太陽巨大的質量彎曲了周圍的空間,迫使地球在彎曲的空間運動,就顯得繞太陽公轉。在牛頓看來,這是太陽給予地球的萬有引力提供了向心力。而愛因斯坦的眼裡卻只有空間彎曲。

雖然牛頓力學在現代物理學面前已經不再是權威,但是我們依舊可以利用牛頓力學服務我們。不管是牛頓力學還是相對論,都是對自然世界的不同量化而已,只不過相對論更接近大自然的真相。

而且,牛頓力學在速度遠低於光速的宏觀世界適用的很完美,而人類社會不就是處於宏觀低速的世界嗎?所以牛頓那一套理論也很有用武之地。而且愛因斯坦那一套太難了,對於研究生來說都很難理解其中的公式,而高中生學習愛因斯坦的引力場方程簡直就是噩夢。

愛因斯坦的引力場方程,感受一下這難度!


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