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广义和狭义的区别(广义相对论与狭义相对论的区别是什么)

来源:投稿     浏览:次 时间:2022-08-06

我们都知道爱因斯坦创建了相对论,但是相对论有狭义和广义之分,这两个理论到底有啥区别?爱因斯坦为啥先创建狭义相对论,然后再创建广义相对论呢?这两个理论谁更牛逼呢?今天我就来谈谈这个问题。

首先狭义相对论创建的起源我上一期文章已经详细讲解过,那就是为了保全牛顿力学的基础之上去解释“光速为什么恒定不变”,爱因斯坦将“时间”和“空间”认为具有相对性,成功的颠覆了人类几千年建立起来的直觉经验。这也意味着说爱因斯坦认为世界上不存在“绝对时空观”,也就是没有所谓的“上帝视角”,那么以后的力学分析,一旦遇到速度接近光速0.1倍的运动情况时,必须要考虑狭义相对论的“时间膨胀”和“长度收缩”效应。

 

分析到这里,按道理来说,狭义相对论既保全了牛顿力学,又修复了牛顿力学在高速运动情况下的误差,应该说已经很完美了,为啥爱因斯坦要提出广义相对论呢?因为有两个问题还没解决。

第一个问题是:什么叫惯性系?这个问题看似简单,其实很麻烦,因为惯性系按照教科书的定义是:不受力的参考系。但是什么是不受力?你怎么知道参考系没受力呢?有人说不接触就是没受力,这可不一定哦,两块磁铁就可以产生相互吸引力或者排斥力,但是磁铁依然可以没接触,所以惯性系压根不好定义。有人也许问:为啥非要定义惯性系,就不能不管这个问题吗?

 

非常遗憾不能不管,因为狭义相对论成立的一个前提条件就是:在惯性系下所有物理规律不变。所以如果前提不好定义,那么这个理论的适用范围就没有一个明确的分界线,这也就失去了科学的严谨性。

第二个问题就是:引力到底如何产生?我们都知道牛顿虽然创建了“万有引力定律”,但是牛顿只是给出了一个计算这种引力大小的公式,牛顿并不能揭示引力是如何产生的,我们知道月球围绕地球做圆周运动,牛顿告诉我们地球在用引力拉月球,所以月球没有远离我们,但是这个力我们看不见摸不到,到底引力如何产生?引力的本质是啥?我们毫无头绪。

有人也许会疑问,为啥非要去解释引力如何产生,我们只要能够计算引力的大小,这不就足够了哇,干啥非要打破砂锅问到底。如果你这样想,那么你就太小看科学家的好奇心了,人类之所以一直多自然规律不停的探索,除了本身要利用规律来方便人类自己之外,还有一个本质的原因就是:人类的好奇心。这个好奇心是促进人类不断探索自然的动力源泉。所以科学家肯定不会满足于仅仅计算出引力的大小,科学家还要继续揭示引力的本质。

 

基于以上两个问题,爱因斯坦提出了广义相对论,首先广义相对论不需要惯性系了,也就是说广义相对论在所有参考系下都成立(我才不管你这参考系到底是不是惯性系),这样就避开了惯性系的定义问题。然后爱因斯坦终于明白了引力的本质,原来引力的奥秘就隐藏在我们的“时空”中,引力只不过是我们人类的一种错觉,引力压根就不是力,引力是时空弯曲的一种几何效应。

我相信很多朋友到现在为止,依然无法接受引力不是力,引力只是由于时空弯曲造成的效应,因为“引力是一种力”这非常符合我们的直觉,但是科学的发展向来是拿实验数据说话,科学判断一个理论到底是否优于另一个理论,不是看谁的理论符合直觉谁就取胜,而是看谁的理论更符合实验数据。牛顿的万有引力虽然能够解释很多天体的运动,但是当天体质量非常大或者运动速度非常快时,用牛顿的万有引力来计算就会与实验数据相差天远,但是如果用爱因斯坦的广义相对论来计算天体运行,不管天体质量到底如何,也不管天体运动速度有多快,计算出来的结果与实验的数据高度吻合,所以经过实验数据这个裁判的判定:广义相对论的确比牛顿力学更精确。

 

所以大家明白了没,狭义相对论和广义相对论的区别在于,狭义相对论只适用惯性系,广义相对论适用所有参考系,狭义相对论无法解释引力本质,广义相对论通过时空弯曲揭示了引力的本质。而且更重要的一点是,由于引力不再是力,所以分析天体的运动时,如果忽略天体运动产生的摩擦力,那么天体相当于是一个不受力的运动状态,我们都知道分析一个不受力的物体运动情况是最舒服的,因为非常简单。所以从今天开始,希望大家能真心接受“引力不是力,是时空弯曲的效应”这种观点,这是爱因斯坦呕心沥血的学术成果,也是人类智慧的代表。

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