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爱因斯坦著名的“追光实验”突破实证科学

2017-03-22腾讯网

  历史上不乏在科学、艺术、政治和体育等领域做出伟大贡献的难民,其中包含物理学家爱因斯坦

  阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein),现代科学最伟大的科学家之一,提出的“相对论”物理理论不仅改变科技界的时空观,甚至影响了二十世纪的人类的宇宙哲学观。

  令人惊叹的是,这位科学巨匠所进行的实验是在他的思想之中,而不是在实验室。

  爱因斯坦所做的思想实验如著名的“追光实验”,无法在实验室复制和进行,只能通过思考和分析。

  追光实验

  爱因斯坦在16岁时,开始思考如果追逐空间中的一束光,会有什么结果。爱因斯坦推断,如果能追上光,就意味着空间中的光像冻结了一样。但是,光不会被冻结。因此,光的速度不会慢下来,仍然以光速运动。那么,即使追上了光线,观察者也会发现光速不变,出现变化的是其它东西如时间。

  爱因斯坦的“追光实验”成为他的狭义相对论基础。

  火车实验——时空可变

  如果一个人站在火车上,而他的朋友在地面,一束光线照射在火车的头尾,他的朋友会同时看到亮光。但是,那个在火车上的人却感觉火车前进的方向早出现光亮。

  爱因斯坦相信,火车里或地面所见的不同说明时空是相对的、是可以变化的,这个实验也为建立狭义相对论打下基础。

  广义相对论认为时间和空间不仅会因大质量物体的存在而弯曲,大质量物体的旋转还会拖动周围时空结构发生扭曲

  黑箱实验

  爱因斯坦想像,空间中漂浮一个黑色的箱子,一个人站在其中,因为他看不到外面的情况,所以只能通过箱子内部的运动变化推断外界。

  突然,这个人下落到箱子的一边,那么怎样判断是箱子自身原因还是外界造成的。爱因斯坦认为,不论怎样原因,表现的结果相同,所以在考虑时空可变的条件下,物体产生重量的原因可以解释为空间变化造成重量现象。这种逻辑后来被爱因斯坦用于形成广义相对论。

  今年6月,激光干涉引力波天文台(LIGO)观测的时空弯曲效应(即爱因斯坦预测的引力波)再次说明,他在1916年发表描述时空可变的广义相对论是正确的。

  但是,人们似乎只关注他的思想成就,而忽视他产生可以改变科学和哲学观的思想过程。

  科学家根据爱因斯坦的广义相对论绘制的成对黑洞引力波

  突破实证科学框框

  现代科学是实证科学。实证科学只承认观测到的现象对科学研究有意义,无论提出假说还是检验假说,都只能根据观测到的现象。严格讲,爱因斯坦使用的思想实验方法不是现代实证科学的所谓“观察、假设、实验”。

  爱因斯坦所做的和实证科学的要求不同,所以100多年前当他提出相对论时,遭到几乎整个科技界的嘲笑和排斥,仅仅少数几个理智占主导的科学家如麦克斯韦等感受到爱因斯坦思想的巨大现实意义——用非实证方法得到的理论也是可以描述这个宇宙的。

  爱因斯坦曾说:“在原则上,试图单靠可观察量来建立理论,那是完全错误的”。


(责任编辑:萧逸)

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