相对论

科技工作者之家 2020-08-17

习近平总书记指出:

16 世纪以来,人类社会进入前所未有的创新活跃期,几百年里,人类在科学技术方面取得的创新成果超过过去几千年的总和。特别是18 世纪以来,世界发生了几次重大科技革命,如近代物理学诞生、蒸汽机和机械、电力和运输、相对论和量子论、电子和信息技术发展等。在此带动下,世界经济发生多次产业革命,如机械化、电气化、自动化、信息化。每一次科技和产业革命都深刻改变了世界发展面貌和格局。一些国家抓住了机遇,经济社会发展驶入快车道,经济实力、科技实力、军事实力迅速增强,甚至一跃成为世界强国。发端于英国的第一次产业革命,使英国走上了世界霸主地位。美国抓住了第二次产业革命机遇,赶超英国成为世界第一。从第二次产业革命以来,美国就占据世界第一的位置,这是因为美国在科技和产业革命中都是领航者和最大获利者。

——《在省部级主要领导干部学习贯彻党的十八届五中全会精神专题研讨班上的讲话》(2016 年 1 月 18 日)

相对论

提起相对论,想必大家都听过爱因斯坦本人调侃相对论的一个故事:如果你在一个漂亮的姑娘身旁坐一个小时,你只觉得坐了片刻。反之,你如果坐在一个热火炉上,片刻就像一个小时,这就是相对的意义。这个故事指的是时间的相对,包含了相对论的一层含义。相对论还有另外一层含义,那就是运动的相对。在相对论里,没有绝对的运动,所有的运动和静止都是相对的。

相对论分为狭义相对论和广义相对论。“狭义”指没有加速度时物理定律对一切参考系都成立,“广义”指在存在加速度的情况下,物理定律对于一切参考系都成立。

相对论的出现使人们意识到时间和空间的相对性,时空再也不是牛顿力学下一成不变的东西,而是和处在时空中的物体息息相关的。在一定条件下,例如大质量、高速度下,时空是可以弯曲的。时空的弯曲使科学家意识到时空旅行的可能性,也给了无数科幻作家以写作灵感,例如,《哆啦 A 梦》里面的时空机、《终结者》电影系列、《星际穿越》等。

相对论经过 100 多年的理论和实践发展,早已经不是象牙塔里面的东西了,在现实生活中有着重要的应用,例如全球定位系统GPS、我国的北斗卫星导航系统等。这是因为定位卫星相对于地面在高速运动,而且定位卫星所处的引力场的强度和地面不同,在速度和引力的双重作用下,要用相对论的知识才能纠正同地面的时间误差,实现精准的导航。另外,广义相对论也使得精密天文观测有了重要的理论支持。根据广义相对论,科学家已经预言并证实了很多奇特的宇宙现象,例如黑洞、引力波等。另外,科学家还根据广义相对论估测了宇宙的年龄,宇宙也不再是一成不变的,这使得人们的宇宙观发生了很大的改变。

当然,相对论作为一种物理理论并不是完美的,它不能解释所有的宇宙学现象,在解释暗物质和暗能量等宇宙前沿问题方面,相对论的研究还有很长的路要走。

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