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知乎上有人问(https://www.zhihu.com/question/40321961):
爱因斯坦有哪些惊人预测?
我的回答(https://www.zhihu.com/question/40321961/answer/85960123):
谢邀。爱因斯坦关于相对论的预测基本全都正确,而对量子力学的批评往往都错了,甚至还变成了量子力学的重要工具,如EPR纠缠对。当然这无损于他的伟大,——错都错得这么深刻!对科学的发展,深刻的错误比浅薄的正确有价值得多。
下面的评论与回复:
海大夫:
科学版的“雷霆雨露均是君恩”
高洛逸ZhenGuan:
1905年是科学史公认的爱因斯坦的丰收年,除了博士论文外,爱因斯坦还连续完成了4篇重要论文,每一篇都开辟了新天地,都足以荣获诺贝尔奖。
6月,解释光电效应,提出光量子学说;
7月,解释布朗运动,分子动理学,间接地支持了分子存在;
9月,《论运动物体的电动力学》,系统的提出了狭义相对论;
11月,质能关系方程,ΔE=Δm·c^2,这是核反应能量的来源,实际上统一了质量守恒与能量守恒两大定律。
他的系列论文充满了革命性思想,却只用了大学本科的数学工具,还没有任何参考文献。这样的事情今天是绝不可能再发生了!幸运的是,这些文章被送给量子论的创始人普朗克审稿,此公水平高超、思想活跃,又从来不压制年轻学者,一句话,不是“反动学术权威”。很快,文章都被推荐到德国物理年鉴上发表。
此后,他又连续发表论文,建立起狭义相对论的全部框架。
高洛逸ZhenGuan:
1905年以前,许多科学家都接近狭义相对论的发现,除了洛伦兹提出洛伦兹收缩和洛伦兹变换,拉莫尔已经推导出了运动时钟变慢的钟慢公式;数学物理大师庞加莱已经正确地阐述了相对性原理,并推断真空光速是常数,很可能是极限速率,存在以光速传播的引力波。其余的运动物体的质量公式、质能方程均有人给出。
但是,首先正确阐述狭义相对论,并给出了完整的理论体系和上述全部结论的是阿尔伯特·爱因斯坦。这是因为,只有他在“相对性原理”和“光速的不变性(绝对性)”两大基本概念上同时取得了突破。
庞加莱在去世前夕(可能是1912年,我无法确定),应瑞士苏黎世工业大学邀请,对爱因斯坦申请教授席位发表了意见:
“爱因斯坦先生是我所知道的最有创造思想的人物之一,尽管他还很年轻,但已经在当代第一流的科学家中享有崇高的地位......不过,我想说,并不是他的所有期待都在实验可能的时候经得住检验。相反,因为他在不同方向上的摸索,我们应该想到,他所走的路大多是死胡同。不过,我们也应该同时希望,他所指出的方向中会有一个是正确的,这就足够了。”——看来,庞加莱大师还挺有风险投资机构的眼光,认为只要有一个项目成功,就足以对得住给他大学教授的席位。
然而,历史的演变已经残酷地证明,爱因斯坦在1905年指出的所有方向都是正确的!
“高洛逸ZhenGuan”的回答:
1879年,阿尔伯特·爱因斯坦出生于德意志帝国符腾堡王国乌尔姆市(距离首府斯图加特100公里)。符腾堡与巴伐利亚、巴登、黑森同为南德意志邦国,长期游离于传统盟主——奥地利与实力派普鲁士之间。直到1871年普法战争后加入俾斯麦创建的新德意志帝国。
1905年是科学史公认的爱因斯坦的丰收年,除了博士论文外,爱因斯坦还连续完成了4篇重要论文,每一篇都开辟了新天地,都足以荣获诺贝尔奖。
6月,解释光电效应,提出光量子学说;
7月,解释布朗运动,分子动理学,间接地支持了分子存在;
9月,《论运动物体的电动力学》,系统的提出了狭义相对论;
11月,质能关系方程,ΔE=Δm·c^2,这是核反应能量的来源,实际上统一了质量守恒与能量守恒两大定律。
他的系列论文充满了革命性思想,却只用了大学本科的数学工具,还没有任何参考文献。这样的事情今天是绝不可能再发生了!幸运的是,这些文章被送给量子论的创始人普朗克审稿,此公水平高超、思想活跃,又从来不压制年轻学者,一句话,不是“反动学术权威”。很快,文章都被推荐到德国物理年鉴上发表。
此后,他又连续发表论文,建立起狭义相对论的全部框架体系。
1905年以前,许多科学家都接近狭义相对论的发现,除了洛伦兹提出洛伦兹收缩和洛伦兹变换,拉莫尔已经推导出了运动时钟变慢的钟慢公式;数学物理大师庞加莱已经正确地阐述了相对性原理,并推断真空光速是常数,很可能是极限速率,存在以光速传播的引力波。其余的运动物体的质量公式、质能方程均有人给出。
但是,首先正确阐述狭义相对论,并给出了完整的理论体系和上述全部结论的是阿尔伯特·爱因斯坦。这是因为,只有他在“相对性原理”和“光速的不变性(绝对性)”两大基本概念上同时取得了突破。
庞加莱在去世前夕(可能是1912年,我无法确定),应瑞士苏黎世工业大学邀请,对爱因斯坦申请教授席位发表了意见:
“爱因斯坦先生是我所知道的最有创造思想的人物之一,尽管他还很年轻,但已经在当代第一流的科学家中享有崇高的地位......不过,我想说,并不是他的所有期待都在实验可能的时候经得住检验。相反,因为他在不同方向上的摸索,我们应该想到,他所走的路大多是死胡同。不过,我们也应该同时希望,他所指出的方向中会有一个是正确的,这就足够了。”——看来,庞加莱大师还挺有风险投资机构的眼光,认为只要有一个项目成功,就足以对得住给他大学教授的席位。
然而,历史的演变已经残酷地证明,爱因斯坦在1905年指出的所有方向都是正确的!爱因斯坦让机构投资者获得了5倍的预期收益!
在牛顿的万有引力定律中,引力是瞬时传播,超距作用,从一点到另一点并不需要时间。而狭义相对论认为光速c是物体运动的极限速率。
在广义相对论中引力(即时空弯曲)的传播需要时间,引力的传播速度是光速c。如果引力源头处的时空弯曲程度(可以用曲率和挠率描述)随着时间变化,这种变化(时空涟漪)就会以光速c向远方传播,这就是引力波。
早在1905年,狭义相对论诞生前夕,法国数学物理大师庞加莱就猜测可能存在以光速传播的引力波。1905年,爱因斯坦为了能够将万有引力纳入相对论的框架,开始研究引力,1907年提出等效原理,1911年得到光线在引力场中发生弯曲的推论,1913年开始与好朋友格罗斯曼一起将黎曼几何引进万有引力研究,1915年他与德国数学家希尔伯特讨论后不久,终于得到了场方程的正确形式。
用爱因斯坦场方程可以精确地计算出,四维动量的存在如何影响四维时空的弯曲。这是由10个二阶非线性偏微分方程组成的方程组,非常难解。
1915年,爱因斯坦本人求出了场方程的近似解,提出了三个检验的实验方案:引力红移、轨道进动和光线偏折。至1919年,都得到了天文学观测的支持,爱因斯坦因此震动全世界,成为绝无仅有的与牛顿相提并论的科学巨人,物理学领域的众神之神、万神之神。
1916年,也就是第一次世界大战打得最激烈的半途中间(陆地上2月—7月的凡尔登战役、7月的索姆河战役,还有5月30日德意志海军为打破英国皇家海军的封锁而展开的日德兰海战,都集中在此年发生),德国数学家史瓦西(Karl Schwarzschild)在东线服役期间,给出了场方程的静态球对称真空解,这是一个严格解。使用这个解,可以算出著名的三大验证的数学结果,还可以用于研究最简单的黑洞——史瓦西黑洞(静止、不带电的黑洞)的构造。
不幸的是,是岁,86岁高龄的奥地利皇帝、匈牙利国王——弗兰茨·约瑟夫(1848年—1916年在位),中华民国北洋政府正式大总统、军事独裁者、当了83天洪宪皇帝的袁世凯,还有天才的史瓦西都离开了人世间。
图片来源:赛先生微信公众号;
引力场与电磁场的最大不同,就是辐射方式;除此之外,万有引力、电磁相互作用的相似性还真不是一般的多:
(1).强相互作用的范围是10^-15m,也就是原子核的尺度;弱相互作用的范围是10^-17m,超出它们的势力范围,就无能了!万有引力、电磁相互作用都是长程作用,理论上可以传播到无穷远处;
(2).数学表达式非常相似,都是场强与距离呈现平方反比规律,只是常数G和k的数量级相差悬殊;
(3).引力波、电磁波的传播速率都是真空光速c,这个数值,麦克斯韦方程组就给出了:
c=1/
(4).从前,我只知道电磁力有吸引和排斥两种作用,现在看来,考虑到1998年天文学家根据Ia型超新星(标准烛光、量天尺),测定出宇宙在加速膨胀,间接证明了暗能量的存在,甚至可以大胆假设,引力也存在吸引和排斥作用。
希望规范场理论、广义相对论、微分几何大跃进,早日把万有引力纳入超统一理论。
你思考问题的方式,成功地吸引了全人类的注意!
你我之间,本无瓜葛,全靠深邃优雅的自然法则沟通!
图片来源:东东和西西微信号
1933年,爱因斯坦为躲避纳粹在中欧地区的崛起,离开了欧洲,移民美国,定居新泽西州,就职于新建成的普林斯顿高等研究院。
1937年,爱因斯坦和助手罗森完成了一篇研究引力波的论文,认为不存在引力波,投稿给期刊《物理评论》(Physical Review)。编辑部找到了著名物理学家审稿,这位专家写下了长达10页的评审意见,认为此论文有问题。编辑部把评审意见匿名后转交给爱因斯坦,并告诉他,在他按照审稿意见修改或做出令审稿专家满意的答复前,此论文不能发表。爱因斯坦勃然大怒:我老爱是什么样的人物?我是相对论这一物理学革命体系的缔造者和创始人,居然有人敢这样居高临下地向我的革命理论开火!他写了一封信给编辑部:“我十分抱歉,不知道贵刊还需要审稿,我没有授权你们把我的稿件拿给别人。请把稿件退还给我。”于是,编辑部退还并附带回信:“尊敬的爱因斯坦教授,我们也十分抱歉,我们不知道您不了解敝刊需要审稿。”
此时,好友兼学生英费尔德来拜访,爱因斯坦拿出论文以及评审意见,问他有何看法。此公在1930年代与导师合作完成科普著作《物理学的进化》(The Evolution of Physics),主要介绍物理学观念从伽利略、牛顿时代的经典理论发展到现代的场论、相对论和量子论的演变历程。英费尔德阅读后拿不定主意,但想到本地有一位霍华德·罗伯特教授,正在研究广义相对论。于是乎,英费尔德在咖啡馆约见罗伯特,给他看了稿件和评审信件,征求其高明见解。罗伯特看完后指出了错误之处。英费尔德又去见爱因斯坦,转告罗伯特的观点。爱因斯坦仔细看后,发现自己的论文果然有错,于是他改写了论文,结论:引力波存在。他在论文结尾对罗伯特教授表示特别鸣谢,“感谢我的同事罗伯特教授在澄清原文中的错误时给予的亲切帮助”。然后将论文投给另一个期刊《富兰克林研究所杂志》 (Journal of the Franklin Institute)。
爱因斯坦对《物理评论》耿耿于怀,从此不再给《物理评论》投任何论文。几十年过去了,当年的评审意见解密了,原来那位说爱因斯坦论文有错误并写下10页审稿意见的专家就是罗伯特教授。
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2016-02-16 相对论与量子力学分割线
“猫立刻”的回答:
强答一个。玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)。爱因斯坦在1924-1925年之间预言,70年后的1995年,终于在实验上获得直接证据,分别由科罗拉多大学的Eric Cornell和Carl Wieman,以及MIT的Wolfgang Ketterle独立完成。三人因此于6年之后获得2001年诺贝尔物理学奖。
另外,同样是广义相对论领域,爱因斯坦最先在1917年预言的宇宙学常数——虽然被他自己后来否定了——但是1998年宇宙加速膨胀的发现,很有可能是这个宇宙学常数不为零的证据。发现宇宙加速膨胀的科学家同样在2011年获得诺贝尔物理学奖。
所以,通过验证爱因斯坦的预言获得诺贝尔奖,简直是常态。
【作者按:欢迎在微博上通过在私信页面点击“订阅文章”或输入“DY”订阅我的群发。在电脑上点击我的置顶微博中的标签可以完全列出与分类阅读我的文章。欢迎在知乎上关注我的账号“袁岚峰”,https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8。推荐关注@秋秋和丫丫的小五 的历史哲理益智励志小说《女帝师玉机传》(http://bbs.tianya.cn/post-culture-858231-1.shtml),我最近的书评见http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309403950714207498620。】
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GMT+8, 2024-11-26 12:19
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