相对论

物理
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总结

读这一主题的简要总结

相对论,广泛的物理理论形成的德裔物理学家阿尔伯特·爱因斯坦。与他理论狭义相对论(1905)和广义相对论(1915),爱因斯坦推翻了很多假设潜在的早期的物理理论,重新定义流程的基本概念空间,时间,,能源,重力。随着量子力学相对论是现代的核心物理。特别是,相对论提供了理解宇宙的基础流程和的几何形状宇宙本身。

“狭义相对论”仅限于对象移动对惯性系的资料。e的状态统一的运动对这样一个观察者不能,由纯机械实验,区分一个从另一个。从光(和所有其他的行为电磁辐射),狭义相对论的理论结论与日常经验但完全证实了实验。狭义相对论表明,光速是有限的,可以接近但没有达到任何实物;它是最著名的方程的起源科学,E=c2;它导致其他诱人的结果,比如“双重悖论。”

“广义相对论”是关心重力,宇宙的基本力量之一。(其他的电磁,强大的力量,弱力)。重力定义宏观行为,因此广义相对论描述大型行星等物理现象动力学,出生和死亡的恒星,黑洞和宇宙的进化。

狭义相对论和广义相对论有深刻影响物理科学和人类生存,最显著的应用核能源核武器。此外,相对论和反思的时间和空间的基本类别某些哲学提供了一个基础,影响了人类社会和艺术的解释文化以不同的方式。

相对论宇宙学之前

机械的宇宙

相对论改变了科学概念宇宙的,开始努力把握动态行为的物质。在文艺复兴时期,意大利物理学家伽利略超越了亚里士多德介绍的现代研究的哲学力学,这就需要定量测量的尸体在时间和空间上移动。他的工作和其他基本概念,如速度,距离身体覆盖在给定方向上单位时间;加速度、速度的变化率;身体质量,材料的数量;和力,推或拉的身体。

下一个主要的对象发生在17世纪晚期,当英国科学天才艾萨克·牛顿他的三个著名的制定运动定律,其中第一和第二是相对论的特别关注。牛顿第一定律被称为法律的惯性州,身体不受到外力发生没有剩余acceleration-either静止或继续沿着一条直线前进速度常数。牛顿第二定律,一个力应用于身体变化速度通过产生一个加速度成正比的力和物体的质量成反比。在构建系统,牛顿也定义了空间和时间,都是绝对不受任何外部影响。”,他写道,“流动均匀,而空间”仍总是相似的,不动的。”

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牛顿定律被证明是有效的在每一个应用程序,如在计算下降身体的行为,但是他们也为他提供了框架的地标引力定律(这个词,派生的从拉丁语,或“沉重”,已经在使用至少从16世纪)。开始的(可能是虚构的)观察苹果,然后考虑下降月亮因为它的轨道地球牛顿得出结论,一种无形的力量之间的行为太阳和它的行星。他制定一个引力相对简单的数学表达式;它指出,宇宙中每一个对象吸引其他对象通过空间与一个部队,随大众的对象和它们之间的距离。

万有引力定律是辉煌成功的解释背后的机制开普勒行星运动定律,德国天文学家约翰尼斯·开普勒已经制定了17世纪初。牛顿力学和重力定律以及对时间和空间的本质,他的假设似乎完全成功地解释了动力学运动在地球上的宇宙,宇宙事件。

然而,这种成功解释自然现象的测试来自一个意想不到的纵波的行为无形的自然困扰了几个世纪以来哲学家和科学家。1865年,苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦显示,光是一种电磁波振荡电和磁性元件。麦克斯韦方程预言电磁波将穿越空间的速度几乎完全3×108米/秒(186000英里/秒)即:显示,测量光的速度。实验很快就证实了光的电磁性质作为基础,建立了它的速度参数宇宙的。

麦克斯韦的显著结果回答了长期存在的关于光的问题,但它提出了另一个基本问题:如果光是一个移动媒介支持什么?海浪和声波由进步分子的振荡运动的水和大气气体,分别。但它是什么,振动使移动的光波?或者换句话说,如何体现在光的能量从点对点吗?

麦克斯韦和其他科学家的时候,答案是,光在旅行假设媒体称为(以太)。据说,这种媒介渗透到所有空间不阻碍行星和恒星的运动;但它必须比钢更严格,光波可以通过在高速移动,以同样的方式,一个紧吉他弦支持快速的机械振动。尽管这一矛盾的想法似乎essential-until明确实验证明它。

1887年出生于德国的美国物理学家嗜迈克耳逊和美国化学家爱德华·莫理制作精巧的精确测量,以确定如何通过醚影响了地球的运动测量光速。在经典力学中,地球的运动将增加或减去测量光波的速度,就像一艘船的速度将增加或减去从海浪的速度测量。但是,迈克耳孙-莫雷实验有一个意想不到的结果,测量了光速保持不变,不管地球的运动。这只能意味着醚已经没有意义了,光的行为无法用经典物理学来解释。解释出现,相反,从爱因斯坦的狭义相对论。