相對(duì)論讀后感

相對(duì)論讀后感

記得第一次接觸相對(duì)論是在上大學(xué)學(xué)大學(xué)物理的時(shí)候，那時(shí)候我們學(xué)的是相對(duì)論中最粗淺的一些東西，但即使是這樣，相對(duì)論帶給我的感覺是深?yuàn)W、難懂以及強(qiáng)大的好奇心。

大學(xué)畢業(yè)后，由于工作的關(guān)系，一直沒有去看過相對(duì)論的相關(guān)書籍，直到最近，在網(wǎng)上由于偶然的原因，看到黑洞的報(bào)道，才又把深埋在心里十幾年的對(duì)相對(duì)論的強(qiáng)大興趣激發(fā)出來。

最近在網(wǎng)上，看到有網(wǎng)友在讀愛因斯坦相對(duì)論的時(shí)候，因理解了愛因斯坦相對(duì)論中的某一方面的問題，就在那兒沾沾自喜，鼓吹如果自己能早些出世有幸與愛因斯坦聯(lián)播研究相對(duì)論的話，相對(duì)論就能獲得更快更好的發(fā)展。其實(shí)這位老兄根本都不用沾沾自喜，我想的話，這位老兄看的肯定是《相對(duì)論淺說》這一書，如果看愛因斯坦的原作，那真的是叫一個(gè)難懂，那里面有的是公式的推導(dǎo)，這里面涉及數(shù)學(xué)中的多門分支，首先是線性代數(shù)，然后是幾何學(xué)、復(fù)變函數(shù)、高等數(shù)學(xué)、拓?fù)�、圖形論等等。不僅要有豐富的物理知識(shí)，還涉及到廣泛的化學(xué)知識(shí)。就一個(gè)黎曼方程就可以讓一個(gè)人窮其一生去研究。

當(dāng)然相對(duì)論也并非深?yuàn)W到完全不能理解。隨著人們對(duì)觀念的逐漸改變，相對(duì)論中的很多東西也并不是常人不能理解的。舉個(gè)例子，相對(duì)論中的時(shí)空概念。按照我們的習(xí)慣思維，空間中任何一點(diǎn)，我們都可以用三維坐標(biāo)來確定，意思就是說，任意一點(diǎn)，我們都可以選定一個(gè)三維坐標(biāo)，來確定其在空間的位置。這種坐標(biāo)系，在相對(duì)論中被稱為慣性坐標(biāo)系，也被稱為靜態(tài)坐標(biāo)系。實(shí)際上，宇宙中的任何物質(zhì)以及宇宙空間都處于不停地運(yùn)動(dòng)之中，因此，我們習(xí)慣中所理解的三維空間在實(shí)際上是不存在的，是一種理想化的空間。如果說，我們習(xí)慣中的三維空間是一種靜態(tài)空間，那么相對(duì)論中的空間，我們就可以理解為動(dòng)態(tài)空間。即空間中某一點(diǎn)的坐標(biāo)，不僅與三維坐標(biāo)x、y、z有關(guān)，還與我們?cè)诖_定這一點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)的時(shí)間有關(guān)，即我們?cè)诖_定該點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，是處于運(yùn)動(dòng)中的哪一時(shí)刻。下面就相對(duì)論中一些敏感的問題提出本人的見解和看法，以便與大家一起分享和共同探討。

關(guān)于光速不變的假設(shè)。

什么是光速不變?意思就是說，光相對(duì)于任何一個(gè)物體，它的傳播速度都是一個(gè)常量，即為c。為了能夠讓大家更好地理解，我們先來舉一個(gè)例子，在地球表面上，有兩個(gè)物體A和B，物體A相對(duì)地面以U的速度在運(yùn)動(dòng)，物體B相對(duì)地面以V的速度在運(yùn)動(dòng)，那么物體B相對(duì)于物體A的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該為(V-U)�，F(xiàn)在我們?cè)賮碜鲱愃频募僭O(shè)，假設(shè)真空中有兩物體A和B，物體B相對(duì)于物體A以V=c/2的速度運(yùn)動(dòng)，在物體A上發(fā)身一束光，按照上面我們所舉的例子，光相對(duì)于物體A的傳播速度是c，光相對(duì)于物體B的傳播速度應(yīng)該是(c-V)，但事實(shí)上光相對(duì)于物體B的傳播速度也是c，這就是光速不變。按照常人的理解，這是不可理喻的。但如果我們從另外的角度去理解，就不難理解光速不變。平常物體的運(yùn)動(dòng)依賴于參考系的運(yùn)動(dòng)，即參考系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變會(huì)導(dǎo)致物體運(yùn)動(dòng)的改變，而光的運(yùn)動(dòng)不一樣，比如說，從物體A上發(fā)出一束光，不管物體A的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變，而光的運(yùn)動(dòng)依然不變，這是因?yàn)楣獾倪\(yùn)動(dòng)不需要依賴任何介質(zhì)。也就是說，光源只決定光的運(yùn)動(dòng)方向，而不能決定光的運(yùn)動(dòng)速度。實(shí)踐證明光速不變是正確，不管你從任何方向，任何參照系去測(cè)量光的速度，都是一樣的。說到這里，也許有人會(huì)認(rèn)為光在真空中的傳播是一成不變的，實(shí)際是并非是這樣的，在強(qiáng)大的引力場(chǎng)作用下，光的速度就要發(fā)生改變。

關(guān)于黑洞

什么是黑洞?“黑洞”很容易讓人望文生義地想象成一個(gè)“大黑窟窿”，其實(shí)不然。所謂“黑洞”，就是這樣一種天體：它的引力場(chǎng)是如此之強(qiáng)，就連光也不能逃脫出來。也許這樣還不容易理解，舉個(gè)例子：地球上的物體，由于地球的引力作用，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)速度小于第一宇宙速度時(shí)，就不能脫離地球，只能在地球上運(yùn)動(dòng);當(dāng)其運(yùn)動(dòng)超過第一宇宙速度時(shí)，它就可以脫離地球。黑洞其時(shí)就是這樣一種大質(zhì)量天體，它的質(zhì)量很大，以致于它產(chǎn)生的引力場(chǎng)連光子(根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)理論，光是由具有一定質(zhì)量的光子構(gòu)成的)都不能逃脫。因此黑洞并不是一種非發(fā)光體，而是它發(fā)出的光不能逃離它的引力場(chǎng)作用以致于人眼無(wú)法觀察到。

根據(jù)廣義相對(duì)論，引力場(chǎng)將使時(shí)空彎曲。當(dāng)恒星的體積很大時(shí)，它的引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空幾乎沒什么影響，從恒星表面上某一點(diǎn)發(fā)的光可以朝任何方向沿直線射出。而恒星的半徑越小，它對(duì)周圍的時(shí)空彎曲作用就越大，朝某些角度發(fā)出的光就將沿彎曲空間返回恒星表面。

等恒星的半徑小到一特定值(天文學(xué)上叫“史瓦西半徑”)時(shí)，就連垂直表面發(fā)射的光都被捕獲了。到這時(shí)，恒星就變成了黑洞。說它“黑”，是指它就像宇宙中的無(wú)底洞，任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去，“似乎”就再不能逃出。實(shí)際上黑洞真正是“隱形”的，等一會(huì)兒我們會(huì)講到。

那么，黑洞是怎樣形成的呢?其實(shí)，跟白矮星和中子星一樣，黑洞很可能也是由恒星演化而來的。

我們?cè)��?jīng)比較詳細(xì)地介紹了白矮星和中子星形成的過程。當(dāng)一顆恒星衰老時(shí)，它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫)，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣，它再也沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下，核心開始坍縮，直到最后形成體積孝密度大的星體，重新有能力與壓力平衡。

質(zhì)量小一些的恒星主要演化成白矮星，質(zhì)量比較大的恒星則有可能形成中子星。而根據(jù)科學(xué)家的計(jì)算，中子星的總質(zhì)量不能大于三倍太陽(yáng)的質(zhì)量。如果超過了這個(gè)值，那么將再?zèng)]有什么力能與自身重力相抗衡了，從而引發(fā)另一次大坍縮。

這次，根據(jù)科學(xué)家的猜想，物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍，直至成為一個(gè)體積趨于零、密度趨向無(wú)限大的“點(diǎn)”。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(史瓦西半徑)，正象我們上面介紹的那樣，巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出，從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。

與別的天體相比，黑洞是顯得太特殊了。例如，黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來的呢?答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的.。這是一個(gè)最基本的常識(shí)�？墒歉鶕�(jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來是要走直線的，只不過強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來的方向。

在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線會(huì)通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。

更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其它方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背!

由于黑洞是研究宇宙的重要天體，因此這里作了比較詳細(xì)的介紹。黑洞是人類假想的天體，目前尚不能完全證明它的存在，在這里，我們假設(shè)它已經(jīng)存在，來探討以下的問題。

關(guān)于宇宙速度

在愛因斯坦的相對(duì)論里，認(rèn)為真空中的光速是宇宙速度的極限，本人認(rèn)為這個(gè)這個(gè)肯定有問題。按照愛因斯坦的相對(duì)論，以及科學(xué)家的猜想，黑洞是這樣一種天體，它的質(zhì)量是如此之大，以致于產(chǎn)生的引力場(chǎng)，使其表面發(fā)出的光都不能逃脫。假設(shè)這個(gè)猜想成立，那么一束垂直于黑洞表面發(fā)射的光，在被吸收回黑洞的過程是一個(gè)減速和加速的過程，就跟我們?cè)诘厍虮砻嫱�上拋一物體，在地球引力的作用下，先作減速往空中運(yùn)動(dòng)，再加速返回地球表面。因此在真空中傳播的光，在引力場(chǎng)的作用下，其傳播的速度大小要發(fā)生改變，既然是要改變，就應(yīng)該超光速存在。我本人是這樣理解，愛因斯坦的相對(duì)論也有其適用范圍，在黑洞周圍，目前的相對(duì)論可能就不適用。

關(guān)于時(shí)間

我的個(gè)人觀點(diǎn)是首先時(shí)間不會(huì)倒流，上述已經(jīng)談到，按照目前科學(xué)家到黑洞的猜測(cè)，宇宙中肯定有超光速現(xiàn)象存在，超光速并不意味著時(shí)間就會(huì)倒流，相對(duì)論里的時(shí)間是用光速來定義的，為什么是這樣呢，人類對(duì)時(shí)間的感官定義總是與光有關(guān)，光陰似箭，講述的就是光和時(shí)間的關(guān)系。舉個(gè)例子，當(dāng)我們觀察手表上的時(shí)間是多少時(shí)，是用眼睛來觀察的，觀察的時(shí)候就是利用光的傳播。相對(duì)論的建立，在很大程度上依賴于天文學(xué)的觀測(cè)結(jié)果，都是利用了光的傳播。因此，時(shí)間用光速來定義也就不足為奇。因此，當(dāng)我們研究黑洞引力場(chǎng)中的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，就不能采用這個(gè)時(shí)間定義。

關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)或宇宙平衡

什么是宇宙平衡，宇宙平衡就是指宇宙天體之間的相互平衡，比如說，地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)，假如宇宙中只有太陽(yáng)和地球，那么它們之間就不能平衡，因此，太陽(yáng)又要圍繞銀河系轉(zhuǎn)，銀河系又要圍繞其它的星系轉(zhuǎn)，如此而無(wú)止境。細(xì)心的人看到這個(gè)定義，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果是這樣，宇宙就無(wú)法平衡，而實(shí)際上我們觀測(cè)到的宇宙是處于一個(gè)平衡的運(yùn)轉(zhuǎn)體系中，這就是宇宙的平衡問題。

相對(duì)論十分的難懂，并不是無(wú)味，相反它能給人很多的遐想，尤其是黑洞學(xué)說引發(fā)的宇宙結(jié)構(gòu)問題，以上只是本人在粗略看了相對(duì)論后的感想，希望能有高手看了此文指點(diǎn)迷津。

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