现代物理学难题:引力与电磁力的现代学难统一,爱因斯坦半辈子都没有完成
1、物理现代物理学难题:引力与电磁力的题引统一,爱因斯坦半辈子都没有完成。力电在科学发展的磁力成长河中,科学家们在探索自然法则的统都没奥秘中,致力于揭示那些普世的爱因物理原则。
2、斯坦例如,半辈牛顿从对苹果落地的有完观察出发,经过精密的现代学难推导,给出了万有引力的物理数学表达:。然而,题引爱因斯坦在更深入地审视引力时发现,力电牛顿的磁力成公式在许多情况下并不够精确,牛顿对引力的诠释——即引力是一种超距作用——也不能令人满意地解答引力究竟是如何在遥远的空间中发挥作用的。
3、于是,爱因斯坦提出了一种全新的引力理论——广义相对论。在1905年以前,爱因斯坦还是一位无名小卒,任职于专利局。然而,在那一年,爱因斯坦似乎突然迸发出惊人的创造力,发表了数篇足以赢得诺贝尔奖的论文,使得这一年被誉为爱因斯坦的“奇迹年”。其中一篇,便是划时代的狭义相对论。
4、爱因斯坦将两个基本前提——相对性原理在所有惯性系中的适用,以及光速在任何参考系中都是恒定的——作为出发点,通过数学运算,确立了狭义相对论。在这个理论框架中,时间和空间是不可分割的整体,形成四维时空,即闵可夫斯基时空,通俗地说,相同的事件在不同的观察者看来,发生的时间可能是不一样的。
5、但狭义相对论的局限性在于,它仅适用于惯性系,而非惯性系则不适用。那么,如何定义惯性系与非惯性系呢。
现代物理学难题:引力与电磁力的统一,爱因斯坦半辈子都没有完成
1、一个简单的例子是:在一个封闭的车厢里,有一个物体。如果车厢内的物体总是保持静止或匀速直线运动,无论车厢的运动状态如何,我们就说这个车厢是一个惯性参考系。反之,如果物体以加速度加速运动,那么参考系就是非惯性参考系。
2、任何自由物体在惯性参考系中,总是保持静止或匀速直线运动状态,这意味着牛顿运动定律在这样的参考系中是成立的。而在一个非惯性参考系中,自由物体会以一个定加速度或变加速度运动,牛顿运动定律在这里就不再适用了。我们知道,在现实中真正的惯性系几乎不存在,大多数的惯性系都是假定的。因此,在狭义相对论提出之后,爱因斯坦认为它只能在惯性系中成立,无法推广至非惯性系。
3、经过十年的研究,爱因斯坦在1915年终于提出了他的广义相对论。广义相对论同样在时空领域进行深入研究,它对引力的描述是:物质的存在会导致时空的弯曲,而物质的分布决定了这种弯曲的程度,反过来,这种弯曲也制约着物质的运动。这一理论的数学表达形式就是数学家黎曼所提出的黎曼几何。
4、作为非欧几何的一种,黎曼几何为广义相对论的建立提供了坚实的数学基础。除了引力,我们日常生活中接触到的另一种基本作用力就是电磁力。
5、一想到电磁力,我们通常会想到电动机的旋转,或磁铁吸附铁屑,电机的定子与铁屑都在电磁力的作用下发生运动。1785年,库伦发现了静止点电荷之间的作用力与它们之间的距离的平方成反比,与电荷的乘积成正比,并总结了同性电荷相斥、异性电荷相吸的规律。