~~~~名詞解釋~~~~
.牛頓重力定律(Newton's law of gravity):
亦稱「萬有引力定律」。認為一切具有質量的物體都會互相吸引,吸引力正比於兩者質量的乘積,反比於兩者距離的平方,比例常數稱為(牛頓)重力常數,通常記為G。
.光速(speed of light):
電磁波或光子在真空中行進的固定速率,通常記為c,是基本物理常數之一。如今光速「定」為每秒恰好二九九,七九二,四五八公尺,公尺的長度則根據上述光速來定義。
.同時性(simultaneity):
某觀測者若測得兩個事件同時發生,則稱這兩個事件「相對於該觀測者」具有同時性。不過對於其他觀測者而言,這兩個事件卻不一定同時,因此「同時」並非絕對的物理概念。
.慣性座標系(慣性參照系)(inertial frame):
為標定事件發生的時刻與位置而選取的時間座標與空間座標稱為(參考)座標系。若在某一座標系中,不受外力的物體必保持靜止或做等速度運動,此座標系就屬於慣性座標系。
‧狹義相對論(special theory of relativity):
愛因斯坦於一九○五年所發表的理論。它根據兩項公設,導出度量時間與空間的正確觀念。對速率接近光速的物體,牛頓力學的描述有重大誤差,狹義相對論則有正確的描述。
‧廣義相對論(general theory of relativity):
愛因斯坦於一九一五、六年間所發表的理論,將狹義相對論的慣性座標系推廣到非慣性座標系(例如旋轉座標系、重力場中的座標系)。主要內容是將重力解釋成彎曲時空中的幾何結構,從而導出比牛頓重力定律更精確的重力理論。廣義相對論已通過數項驗證,如今是天體物理學與宇宙學的基本工具。
~~~~相對論~概述~~~~
說到時間的速度,也許你會想到光速,然後又想起愛因斯坦的相對論,愛因斯坦的相對論,分為狹義相對論(特殊的相對論),和廣義相對論(俗稱相對論),而狹義相對論是產生於愛因斯坦突然體認到,「絕對時間」與「同時性」這類概念;他認為其實沒有「絕對時間」,而時間與訊號速度(光速)之間確有密不可分的關係。其理論是建立在兩個基本的假設:
(1)光速恆定:在不同的慣性座標系內,物理定律有相同的形式,不論光線源自靜止或運動的光源,光速一律是常數。原本只限定於牛頓力學內,現在則推廣包含電磁現象。
(2)相對性原理:相對於不同的慣性座標系觀察者,所觀測到真空中的光速都是相同的。相對於不同的慣性座標系觀察者所觀察到 物體的速度會不相同。
這兩個假設可讓時間與空間的概念,產生一個全新的想法。有一個例子很容易明白上述這段話的意思:當我們在夜晚看到天上的星星『同時』正在發亮,但是對於我們看到同時發亮的那遙遠的星星而言,這些遙遠星星在過去並非是相同時刻所發出的光線,且彼此的距離可能也相差很遠,所以我們必須要把星星距離我們地球的距離也考慮進去,所以當距離我們越遠的星球被我們所看到的星光,就表是這是越久遠以前所發出的星光;而距離我們越近的星球被我們所看到的星光,便是近期以前所發出的星光。
所以如果說我們『同時』看到兩個星星爆炸的畫面,但是對於別的星系以外的觀察者而言,並不會如同我們一樣可以看見兩顆星星『同時』爆炸的畫面,可能會有先後的順序,因為相對距離不同,光子抵達觀察者所在位置的所需時間便也有所不同。這便是愛因斯坦以肯定時間與空間的相對性的狹義相對論。
愛因斯坦認為狹義相對論,無法驗證,當現象界改變時,我們實在界是否與現象界有對等的改變(觀察者所能觀察到的「現象」就是事實,雖然它不見得「很真實」,但還有什麼會比它「更真實」呢),關於這點狹義的相對論理並沒有交代,且也未能解決加速度和萬有引力的問題;所以當所有人都還風靡於狹義相對論時,愛因斯坦就開始於1907專利局工作時,開始思索關於廣義相對論的理論,他認為:「一個在半空中墜落的人,完全感覺不到自己的重量,應該覺得自己好像置身於慣性座標系!」,這個想法讓愛因斯坦開始研究起萬有引力的理論,並將牛頓力學中重力定律,簡化為「四維時空的彎曲」,這一奇特的概念是用來解釋引力的問題,其概念是說:光線的傳遞,是會受到引力的影響,彎曲的行進。廣義相對論,也可以說就是解決萬有引力問題的理論。
愛因斯坦第一篇關於廣義相對論的論文發表於1911年, 題目是【關於引力對光的傳播的影響】,當時他已離開專利局。一直到1915年,他才又發表較為完整的廣義相對論,隔年的3月才發表總結性的論文【廣義相對論基礎】。這篇論文被認為是2O世紀理論物理研究的高峰,這次的發表也被稱為「欽定版本」的廣義相對論。而廣義相對是可以說是第二次愛因斯坦革命,因為他自己推翻自己的狹義相對論。
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