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因斯坦为什么能在当时没有计算机、科技又不怎么发达的情况下,提出那么超前的理论?
发布时间:2019-04-15
 

爱因斯坦是现代物理学的奠基人,是与牛顿并肩的最伟大物理学家。爱因斯坦属于理论物理学家,具有超常的思维能力和创造力,在被称为物理奇迹年的1905年,年仅26岁的爱因斯坦发表了多篇划时代的论文,光量子理论指导了人类在量子理论的进展,提出质能方程,推动原子核能的利用。

其中,爱因斯坦更重要的工作就是他提出的相对论,对千百年来人类时空观的进行了革命。狭义相对论提出对于高速运动物体,观测会发现尺缩钟慢,质量增加,再到光速不变。随后十年间,爱因斯坦更是突破自我,进一步创立了广义相对论,从而把相对论发展到包括引力和加速运动的情况,为宇宙学的研究奠定了发展道路。

爱因斯坦在中学时就开始思考;“如果一个人以光速和光波一起跑,会看到什么现象”。作为一个追光的好奇少年,他一直为这些问题所激励。爱因斯坦的工作当然建立在他坚实的数理基础之上,在16岁就自学完微积分。后来进入苏黎世联邦工业大学师从闵可夫斯基。

作为世上最伟大的科学家,爱因斯坦具有超前的思维和富于想象的探索精神,广义相对论提出的光在引力场的红移,直到1960年后才由实验测定太阳的引力红移来证实。其预言的引力波,近百年过去,才在最近被探测证实。

 81评论

刁博  优质科学领域创作者07-11 22:26

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爱因斯坦是搞理论的,有一个夸张的说法是搞理论只需要一张纸、一支笔就够了。当然现在看是不可以了,现在搞理论甚至可以没有纸和笔,但是必须要有计算机,要有文献检索系统,关键还要有一个灵活的头脑。计算机的主要作用有加快计算过程、计算并模拟复杂过程、形象展示过程;文献检索系统可以让你快速的了解你的研究领域最近又有了什么新的进展,遇到了什么新的问题。

爱因斯坦说过:提出一个问题比解决一个问题更重要。因为解决问题往往只是数学或实验上的技能而已,而提出新的问题或新的可能性需要从新角度去看旧问题,需要有创造性的想象力,这标志着科学的真正进步。如果当时能够给爱因斯坦一台计算机,他或许可以把得到相对论的时间由十年变为五年。但是计算机只是一种工具,并不能直接给爱因斯坦提供新的设想和创造力,没有计算机并不能阻止爱因斯坦发现相对论。

另外,爱因斯坦之前的物理学基本是经典物理学,比起现代物理学要简单很多。比起现在物理学上海量的运算(互联网就是粒子物理学家为了传输实验数据发明的),相对论的推导及计算简直跟喝凉水一样轻松。现在若是在没有计算机的情况下去发现希格斯粒子,那是天方夜谭。

原创作品,禁止侵权,侵权必究。

 186评论

火星一号  科普作者 青云计划获奖者 优质科学领域创作者10-29 23:55

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在没有现代科技的帮助下,爱因斯坦在20世纪初提出了相对论,而验证该理论的实验都在数十年后才成功进行,尤其是引力波,直到提出100年后才被实验证实。相对论的巨大成功,让爱因斯坦成为与牛顿并肩的最伟大物理学家。


相对论是爱因斯坦一生最大的成就,尤其是广义相对论,这最让爱因斯坦引以为豪。爱因斯坦曾经说过,如果没有他,狭义相对论五年内就会被别人提出。但如果没有他,广义相对论五十年内也不会被别人提出。从爱因斯坦的言论中可以看到,狭义相对论当时已经是呼之欲出,这是有着时代背景的,爱因斯坦也是站在巨人的肩膀上才有了突破。


当时,迈克尔逊和莫雷的实验让物理学家产生了很大的困惑,因为实验发现光速是不变的,与参照系的选择无关。而且在更早之前,麦克斯韦从理论推导出了光速是一个常数。基于这样的事实,爱因斯坦从完全不同的角度提出了狭义相对论,认为光速是不变的,而时间和空间才是相对的。


在狭义相对论提出之后不久,爱因斯坦发现这套理论体系无法把引力纳入其中,狭义相对论只能描述惯性系。在思考引力与惯性力问题时,爱因斯坦的思想获得巨大突破,他从几何角度来描述引力作用,由此创立了广义相对论。广义相对论的预言在当时很难得到实验的测试,直到数十年上百年后,才有高精度实验来验证,并且现在还在不断经受住最严苛的检验。

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地震博士  优质科学领域创作者11-01 21:47

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爱因斯坦之所以能在当时没有计算机、科技又不怎么发达的情况下,提出那么超前的理论,是因为他天才的大脑和精深的专业素养。

要知道包括牛顿、爱因斯坦、伽利略这样的科学家,实际上都是通过大脑的理性思维而进行很多思维实验来认识客观世界的。最早做著名思维实验的科学家就是伽利略。他在面对亚里士多德所说的:重的物体下落的快,而轻的物体下落的慢的问题时,经过一个思维实验就推翻了这个说法。伽利略认为,可以假设有三个铁球,两个重8千克、一个一个重6千克。如果将其中一个8千克的铁球和6千克的铁球拴在一起,让它们这个整体和单个的8千克的铁球。同时释放以后,看那个先落地?如果按照整体质量是8千克加6千克的是14千克。比单个的8千克铁球重,当然应该是8千克加6千克的铁球先落地。但是,如果按照亚里士多德的理论,即使8千克的铁球和6千克的铁球虽然连在一起,但是在下落过程中,应该是比较重的8千克的铁球下落的更快,而比较轻的6千克的铁球下落的更慢,最终的结果就是6千克铁球会拖累8千克的铁球。使得它们整体的要比单个8千克的铁球落地靠后。可见重的物体下落的快是一个伪命题。

此后,牛顿发现万有引力定律和牛顿三定律,其实都是通过类似的思维实验来完成的。而爱因斯坦发现狭义相对论、广义相对论,更是通过思维实验完成的。因为与之相关的引力波,直到2016年美国科学家才利用观测仪器探测到。所以这些科学家即使没有计算机和高科技设备,也可以通过天才的大脑和长时间艰苦学习、积累的专业素养,来定量化的认识世界。从中我们也可以看出,推动科学发展的绝不是计算机和科技手段,而是超强的人类思维能力!


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香烟飘渺3510-04 06:09

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牛顿之后无力学!

狭相一一车轮悖论! 比如说,大地上跑着一列火车。火车(设为A惯性系)、大地(设为B惯性系)。再假设火车速度为0.5C(C为光速,C=300000000m/s)。火车每个车轮周长为1.5m。火车上有一个10ns(纳秒)钟,每10ns,该钟指针转一圈。 如按牛顿力学:无论对于A系(火车)或B系(大地):每过10ns,钟(指针)与车轮都同转一圈,按车轮周长算:火车向前行走1.5m。也就是火车速度都是0.5C,无问题。 可是,假如按照狭义相对论,对A系观察者速度无问题(V=0.5C),而对B系观察者:按照相对时间公式计算,对于B系(大地)观察者:自己时间每过11.547ns,火车上的钟(指针)与车轮才能转一圈(对B系观察者:A系时间慢,A系钟只能走10ns),由于实际车轮1.5m的周长限制,火车在11.547ns(B系时间)时间内,最多走1.5m。而1.5m除以11.547ns,这速度不等于而是小于0.5C(1.5m/10ns=0.5C)了,速度对不上帐了!这就等于对狭相公式构成悖论! 这是我做的车轮悖论! 总结:狭义相对论说,对于B系(大地)观察者来说,对方(A系)的时间慢了,既A系上的10纳秒钟(指针)与车轮都转的慢了,导致对于B系观察者,火车速度与原假设的0.5C速度对不上账了。可由此判定:狭义相对论错误!


如果换低速问题一样存在,只是速度差的小而已!


广相一一高山悖论!


设:在净高为3000米的高山上,有一台电风扇,山脚下有一台发电机,用电缆把它们连接起来。发电机发出的电能,带动风扇不停的转动。按照广相,发电机(低海拔)时间慢,电风扇(高海拨)时间快。发电机发出的电能慢,电风扇消耗的电能快?违背能量守恒了吧?根据电工学: Pt(风扇消耗)+Pt(线路损耗)=Pt(发电机发出电能),t(时间)必须相等,否则公式不成立!


注:

1、有功电能=Pt,如时间有快慢,电能就有快慢。

2、假设电路工作在串联谐振状态:串联回路电流相同,输出电压=负载电压(可以把导线当成负载一部分)。P=UI,输出功率=负载功率。


从现实的角度,思想试验可以采用以下办法改进! 换用小一点的风扇。在3000米高山上,修一个恒温恒压室,风扇在该室内转。在山脚下修一个大型恒温恒压车间,发电机在该车间里发电。连接该发电机与电风扇,可用超导电缆(现在已有生产的了)连接。恒温恒压室、恒温恒压车间、超导电缆所用电能由其他电源提供!


注:


1、电流:是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量。如果高、低处时间不等,岂不违反串联电路,电流相同的原则。


2、基尔霍夫第一定律,流入某一网络(或节点)的电流和,等于流出该网络(或节点)的电流和!

3、电风扇也可换为发热纯电阻或电灯。

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孤猴7834527112-24 08:23

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原创思想,恕本人直言,爱因斯坦的理论层次是很低的,而且从相对论的假设前提一开始就出了与宇宙的实在完全不相符合的,很初级的错误。他的相对论既不能解释宇宙从何而来,也不能解释物质如何诞生。实际上,人类唯一正确的假设前提非常简单,那就是:宇宙天然合理!在此前提下,原始宇宙,物质宇宙,万物和人类的诞生皆可以合乎逻辑地推演出来,并能够解释一切的一切。所以,爱因斯坦及其相对论应该送进历史的博物馆了!

 434评论

717wang12-24 23:12

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我以前认为爱因斯坦是伟大的科学家,随着在头条介绍的爱因斯坦相对论学说,才逐渐认识爱因斯坦是构建一个假说,并不是发现科学真理,只要读者留意,在他学说中时间概念相互矛盾,他一面用日历时间作基础,即光速不变作基础,另一面又说时间随速度而改变,他的整个学说,特别是时间的部分是不能自圆其说的学说。

当飞船达到光速,时间都静止了。这是相互矛盾的学说。什么叫光速:光速,意指光在真空中的速率,是一个

物理常数,一般记作c,精确值为299,792,458 米每秒(≈3.00×10 m/s)。这里的每秒是根据日历中年,月,日再细分为:小时,分钟,秒。是属于日历时间系统,速度是单位时间的距离,速度需要时间才能表达。时间静止了,速度失去时间,也就失去速度自身。当光速的基本时间单位等于零,光速也等于零。光速x0=0距离,写成:Cx0=0 光速就不存在了,这是自我矛盾的学说,一方面光速使用日历时间,另一方面又说光速日历时间不适用。作者自身没有弄明白时间的规律。

如果用日历时间系统来描述,就没有时间静止事情存在。

如果用时间静止状态来描述,就没有光速存在。一切速度都等于零。

 68评论

镜像宇宙  优质科学领域创作者09-05 21:47

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个人认为,爱因斯坦之所以能够提出那么超前的理论,不仅仅是因为他的高智商,很多时候解决一个问题需要的不仅仅是高超的学术手段,往往需要一些哲学的思维为自己提供一个大致的方向。

要说相对论的解决完全可以由数学家来完成,一个厉害的数学家完全是数学界和物理学界通吃的,有人说如果数学家转行研究自己感兴趣的物理方向,几乎都能够横着走。比如数学王子高斯,有人说如果他把他的手稿全部公布于世的话那么数学至少可以往前进50年,高斯闲来无聊时玩玩电磁场推导出了高斯公式,而这成了电磁场的几大重要公式之一;牛到天际的相对论,其基础是非欧几何,高斯早就早就研究出来了只是懒得公布;高斯还玩过天文学,1801年,意大利人发现了一颗小行星,可是转眼就找不到了,高斯也纳闷了,于是就找一下吧,结果他用三个公式就算出了小行星的轨道,而要知道当初第谷用了一辈子画星表,开普勒用了大半辈子才推导出开普勒三大定律。但是我们往往又忽略了一点那就是尽管数学家可以解决很复杂的问题但是不一定很富有创造性的想象力。

狭义相对论,其实并不能完全算爱因斯坦的功劳,在他之前洛伦兹就提出了洛伦兹变换也就是狭义相对论的雏形,而另一个数学家——庞加莱,也在爱因斯坦提出狭义相对论之前在这个方面做过大量的工作,但是他似乎无法接受爱因斯坦的狭义相对论,虽然两个人的结果几乎是一致的,但是庞加莱只是出于数学方面的考虑,无法将其具象化。而广义相对论,爱因斯坦差点还失去了这一理论的提出机会,1915年11月,爱因斯坦公布了完整的广义相对论,他终于能够松一口气了,因为在这后半年里面,他差点就失去了广义相对论的独立发现权,而他的竞争对手是希尔伯特,当时最伟大的数学家之一。他们的第一次见面是在1915年6月,当时爱因斯坦正在这个广义相对论紧张工作着,他提出了一系列的微分方程,可是他似乎永远也得不到这些方程的解。在这个时候他不得不求助于当时大名鼎鼎的数学家希尔伯特,他和希尔伯特沟通了一些这方面的想法,希尔伯特认真听了非常感兴趣而且还隐约察觉爱因斯坦的方法可能有问题,没过多久爱因斯坦也发现了其中的问题,而希尔伯特就明确指出了这个方法的问题,并且表示自己也会深入研究这个问题。爱因斯坦一听压力便来了,因为希尔伯特是数学家,有着很强大的数学能力,而相比之下爱因斯坦显然有所欠缺,于是没日没夜地计算,不过好在爱因斯坦有着更强大的想象力,最终也爆发出了强大的创造力,抢先希尔伯特一步提出广义相对论,而希尔伯特仅仅比爱因斯坦晚了几个星期。其实从爱因斯坦求助于希尔伯特到希尔伯特得到光子相对论的解仅仅用了几个月的时间,而爱因斯坦在提出广义相对论之前有几年的时间都是因为数学水平所限。

爱因斯坦曾说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”因为解决一个问题需要的是强大的计算手段,这是可以训练到的,而提出一个问题则需要创造力,这可比单纯解决一个问题难得多,这才标志着科学的真正进步,并且是真正需要天赋的。爱因斯坦就是这样一个富有想象力的人,想象力比知识更加重要,因为知识是有限的,而想象力可以包含整个世界。如果仅仅从问题产生的那个层次去考虑,你永远也不可能解决它。爱因斯坦在思考引力是什么,为什么行星会绕着恒星永不停息运转时,依靠的是严密的演绎推理,计算并不是很复杂,如果用现在的计算机计算,那是分分钟的事,但是理论的突破源自思想的突破,而计算机作为一种工具,对思想并没有任何的突破意义,反而可以起到一个很好的验证作用。

不然怎么会说爱因斯坦是难得一见的天才呢?对于一个天才来说,灵感是至关重要的,爱因斯坦的贡献并不是他计算出了什么,而是他为人类打开了一扇新的大门,带领人类进入了一个新的思维世界。有或者没有计算机有什么关系,有了计算机计算机就可以自己提出这一套思维理论吗?没有计算机爱因斯坦就无法算出方程的解吗?显然不是这样的。

 121评论

科学探秘频道  优质科学领域创作者10-26 09:10

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提出相对论,更本不需要计算机,计算机即便有有也帮不上忙。只需要知道两个原理即可:

1.物理定律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式。

2.光速不变原理。

基于这两个原理,爱因斯坦只需要进行大量的推理就可以导出相对论的各种关系式和方程式,并不需要计算机的数字计算能力。



相对论是一组方程,是思维推导过程得到的结果,而非计算得出的结果。对于计算机,数字计算确实厉害,速度很快;但是计算机没有灵魂,它只能够依靠人们编写的算法进行计算,而不能够进行原创性的罗辑思维推导。让计算机去推理相对论,它一万年也得不到。反倒不如一点演草纸,加一支笔写写画画来的快。

我们看看爱因斯坦广义相对论的方程形式:


看到吧,全是各种字符,而且各个字符代表的意思也很不一样。我们看着简单,其实这是一个复杂的二阶线性偏微分方程,更本无法靠计算机推导得出,而且即便是解这个方程,计算机也无能为力,因为微分方程不是数值运算!

大名鼎鼎的黑洞(史瓦西解)就是这个方程的一个解,其表达式形式如下:



够复杂吧,完全是一堆字母组成的式子,计算机更本无法运算!



所以说,计算机再在厉害,它也就只能够依靠人了发明的公式或者算法进行数值计算,你让计算机解微分方程,特别是一些复杂的微分方程,它基本是完全懵逼的。

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一枚游戏科幻迷  科学领域创作者10-31 16:20

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许多人可能会认为,现代的科学进步比不上爱因斯坦他们的那个时代,其实,都是片面的理解。科学是进步的,现代的科学成就自然要超出20世纪。

爱因斯坦的其中之一贡献——相对论。狭义相对论不必多说,在洛伦兹、迈克尔逊-莫雷实验的启发下,爱因斯坦果断的抛弃掉了“以太”(当时很多物理学家认为以太这个绝对静止参考系存在),提出了狭义相对论。

当时的数据不多,一些物理学家的数学基础很好,都可以通过书面的计算算出来结果,不像现如今,动辄就是大量的计算与模拟,这个是那时候所无法比拟的。

1916年的广义相对论。爱因斯坦认为引力质量等于惯性质量,这个等效原理成功将广义相对论推广到所有参考系中。利用黎曼几何巧妙的将引力描述为物质质量弯曲时空所表现出的几何效应。

广义相对论是爱因斯坦思维的升华,其实有时候,想象力与灵感比懂得复杂的计算更加重要。没有爱因斯坦,还不知道什么时候能出现广义相对论呢。现如今的一些科学实验都是在检验着广义相对论,而到现在为止,爱因斯坦依旧是正确的。

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