爱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?: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
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。
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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。爱因斯坦预言的引力波,近百年过去,才在最近被探测证实。
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。
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!
一个非常有趣的故事,显示爱因斯坦的伟大和聪明!在牛顿力学中,天体都是围绕着太阳转这是引力起作用。但有一点,根据相对论,任何蕴含着质量的物体都无法达到光速,爱因斯坦很聪明,他在想,如果太阳突然消失,太阳系会发生什么变化!在牛顿力学中,太阳系会立马四分五裂,但是却忘记了距离。
光从太阳到地球需要八分钟,如果太阳系立马变化,这就代表引力的速度超越光速,问题来了!如果引力超越光速,那么自己的理论就会被嘲笑,他不愿意看到这种情况的发生。
随后爱因斯坦的想到了重力,当物体质量越大重量越重,就会对时空产生挤压,从而改变行星的轨道!因此,这将解释太阳系为何会四分五裂的原因!遗憾的是,爱因斯坦在去世前也没有证实,不过在后来的50年,这种理论被确切的证实了!不得不提这位科学巨人是是如此的聪明!
我是宇宙V空间,一个科普天文爱好者!
其实广义相对论主要不是靠计算建立的,爱因斯坦是通过非凡的洞察力和想象力发现的。他在提出狭义相对论以后不久,爱因斯坦就发现了狭义相对论的两个大问题:1、惯性系无法定义。这是狭义相对论两大基础之一。2、万有引力无法纳入狭义相对论。在所有人都在惊叹狭义相对论这个伟大发现时,爱因斯坦已经默默在思考狭义相对论这两个致命问题了。
他首先从封闭箱子下落的思想实验中(即电梯自由落体实验)悟出了引力与加速度在无限小空间区域内等价的等效原理,这一年是发表狭义相对论后才两年的1907年。这时广义相对论的雏形,通过对等效原理的深入思考,广义相对论的时空弯曲理论形式已经基本成型了,接下来只是寻找它的数学形式,也就是对其进行定量化。
但弯曲的时空如何进行数学描述?这时爱因斯坦的数学完全不够用了,他无从入手。他找到自己的好基友在母校任教的数学系同学格罗斯曼,就是那个介绍他去瑞士专利局的好基友。格罗斯曼通过查阅资料终于帮爱因斯坦找到了合适的数学工具——黎曼几何和张量分析。接下来的几年爱因斯坦在格罗斯曼的帮助下陆续发表了一些关于弯曲时空数学形式的论文,并且两人还合作发布了广义相对论的第一条引力场方程,当然这条是有问题的。
虽然第一条引力场方程已经足够成功,爱因斯坦已经能够通过它计算出水星近日点进动,但是它依然有一个致命伤——需要依赖于参考系的选取。这不符合爱因斯坦的期望,他要构建的是一个适用于所有参考系的时空几何理论。但这时好基友已经爱莫能助了。最终爱因斯坦是在哥廷根大学被大数学家希尔伯特打通任督二脉后才终于找到了正确的引力场方程。
这个方程实际上只是定义了物质能量与时空曲率之间的数学关系,这是一个以张量形式写的方程,看起来好像很简单,但实际上它包含了十个二阶非线性偏微分方程组,解起来是极其复杂的。所以早期一般都是通过弱场近似的方式求解的。
因此实际上真正考验计算能力的是解引力场方程,而不是列方程。即使在计算机性能强大的今天,求解引力场方程往往还是使用近似算法,比如这几年人尽皆知的引力波,用于比对的引力波波纹数据建模就是通过一种叫后牛顿近似的算法进行计算的。
上图中间红色和灰色重叠的波纹线就分别是LIGO第一次探测到的引力波信号波纹和通过后牛顿近似计算建模的波纹比对。
好问题,爱因斯坦的确没依靠计算机的帮助,就提出了相对论。
请注意相对论是个理论,也就是说这个理论只是比较接近真相,而不是真理。这话还就是爱因斯坦说的。
爱因斯坦回答了牛顿提出的问题,引力是什么?他的理论阐述过程很啰嗦,另外一个现实是本人在听这段课程的时候,居然被瞌睡吸引,昏睡过去了。下课后,按照记住的结论,居然通过了考试,惭愧中。
理论最重要的手段就是简化,牛顿就是依靠简化才完成了天体物理的计算,有了现代的计算机技术,有一些科技工作者是打算依靠计算机的高超计算能力来解决问题,可是现实却是然并卵,没有高超的理论推理能力,复杂的计算还是解决不了问题。
目前的计算机水平,还代替不了人类的科学探索思维。
就像牛顿第一次完成了天体物理的计算一样,爱因斯坦第一个完成了相对论的理论推导,这就是爱因斯坦对人类的贡献。
其实在爱因斯坦完成了理论推导之后,为了证明自己推导的正确性,就提出了天文观测的验证方法。依据爱因斯坦的理论,在巨大的质量作用下,时空会发生扭曲,导致通过这个扭曲时空的光线会发生偏转。是不是有点拗口,简单描述一下,就是光线会转弯。
然后,借助一次日食,天文界的确观测到了光线的偏转,一个应该隐藏在太阳后面的星星,居然在日食过程中被观测到了。于是全世界开始逐步确认了爱因斯坦的理论,的确可以指导实践。
然后,就是原子弹了,对这个故事大家都很熟悉,就不做更多介绍了。
爱因斯坦的科学研究,依靠严密的演绎推理,不太需要复杂的计算。计算机自然就没什么用。只是到了验证爱因斯坦的理论时,才需要做复杂的计算,现代计算机才能派上用场。
人的思想能力,目前仍是我们最宝贵的创造力来源。
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。
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。
与有没有计算机没有太大关系,计算机只能让运算速度更快,理论上只要有时间,就能达到计算机的运算结果,况且爱因斯坦时代并不需要如今这样复杂的数学计算!
爱因斯坦之所以提出如此超前的理论,还是在于他异于常人的思维方式,这点更多的提现在了广义相对论。
而狭义相对论的提出有两个重要前提(也可以算是假设),那就是相对性原理和光速不变原理,你可以人类这两个原理就是我们如今所说的公理。
所以,这两个重要假设是一般人做不到的。如果知道了这两个假设,只要你在拥有高中数学知识,也可以推导出来狭义相对论的几个公式!
而广义相对论相对比较麻烦,里面有很多复杂的数学推导计算,包括高等数学里面的微积分等。同时,广义相对论刚开始时并没有被大众接受,在几十年之后,随着人类科技水平的不断进步,才证实了广义相对论的正确性!
所以说,灵感对于天才科学家来说显得更重要,物理知识和数学知识比爱因斯坦好的科学家大有人在,但恰恰是在灵感(也可以说是思考问题的方式)的差别,让爱因斯坦异于常人!
当然,这种灵感和想象力不是凭空而来的,是需要一定的理论知识为基础的。我们可以说,爱因斯坦的相对论最开始的“假设”很重要,但不是谁都能想到,也不是谁都敢想到那样的假设!
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