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[哲学]对《@维纳斯AAA的作品——流传甚广的六大错误科学观念》[第6页] |
作者:柳艺诚 |
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嗯 |
看看 |
把简单的东西弄复杂了,不好,所谓大道至简。然后没有大量新物理现象涌现的今天,物理应用为主吧。 |
请搞清楚膨胀的是·哪一个时间、收缩的是哪一个空间? 时空的相对性是根据数学推出来的,在这个简单的公式v'=ds'/dt'[观 察者眼里的速度、位移和时间]中,若要使叠加起来的速度不超过光速c,只有时间尺度dt'【在分·母上】变大或位移尺度·ds'【在分子上】变小,否则速度叠加原则就是错误的,或是光速可以超越。 如·果速·度叠·加的原则【经典力学的推论】是正确的,如国光速C不能被超越,那么只有时空尺度发生变化才能使方程成立【这个简单的方程也来源于经典力学】。 从数学的角度来看,爱因思坦推出狭·义相对论一点也不难理解。只要相信数学的可靠性,只要相信已有的经典力学定律是正确的,只要关于光速c不可被·超越,时间膨胀和空间压缩理解起来可以说是毫无·难度,跟读小学时理解2*3=6、100、24=76一样没有难度。 楼主关于相对论讲了那么多,但连膨胀的是哪一个时间、压缩的是哪一个空间都没有搞清楚。对此,相对论刚一开始就有两个重要假设,其中一个就是:物理定律【包括所有经典力学的定律】的 形式在任何惯性 参考系【广相推广到了加速坐标系】中都是一样的。 举个例子来演绎一下这句话吧。假如:一个人以3/4C的速度在飞行,那么在他自己的世界里,一切都是照旧的,既没有钟慢,也有尺缩【他是不可·能看到空间缩小的】,秒针跳过同一长度的时间间隔t和·在观 察者的世界里、秒针挑过同一长度所用的时间间隔t''是一样的。 如果各自独立看到的物理现象不一样,那就意味着各自的世界适用的是不同的物理定律。 【所谓差别,是彼此对对方观察的 差别】 说得通俗一点吧,就是相对的高速运动使得彼此的观察都出现了错觉【不是很准确,但可以帮助大家理解】。 这种情况是常见的,雨点是一般垂直下落的,但当你随汽车高速运动时,所看到的雨点却是斜向车·前·进的后方飘落的。 此时,如果有一个人【惯性状态】在地面竖直向上抛出一个球,但在相对高速运动的你看来,这个球作的是抛物线运动,不是垂直的运动。反之,地面上的人看你的状态也是一样。你在车上向上垂直抛球,其轨迹在地面上的人看来也不一样。 这种运动状态的相对性,早在伽利略时代就搞清楚了。如果连这个都搞不清楚,又如何能理解相对论?首先你就搞不清楚变长的是哪一个·时间、缩短的是哪一个空间。 层主看过我的那一个关于磁铁拉车的贴·子,其实用初中学过的牛一、牛三定律就可以解释,用动量守恒定理【m'v'=mv, m'v'+mv=0】也很容易说清楚。 对膨胀的时间和压缩的空间的错误理解也说明了一个道理:就是科学发现总是建立在前人的肩膀上的,没有什么科学发现是对前面定理的否定,相对论不仅不是对牛顿定律的否定,反倒是建立在 充分·尊重牛顿定律的基础上的;同理,量子力学也是在充分肯定了经典电磁学的基础上建立的。 世人对科学的发展误解到了匪夷所思【可以说是愚昧】的程度。由这个结论又可以给一个 常识提供佐证:就是没有打好基础,怎么能去爬高山?不会走、焉会跑? 可是很多自号为哲人或哲学老师的人却不断犯如此低级的错误,可见人性的傲慢和偏见是多么难以克服! 谁要想成为真正的哲人或哲学老师,首先就得战胜自我! |
回复 司马骧苴 : 究竟是贝尔观察错误,还是你自己的理解错误,或许只有你自己亲自做实验,自己用各种方式去测试,你才能有一个正确的认知。从我的角度来看,你理解错误的可能性跟大。 |
如果世界的本质是经典的,具体地说,如果我们的世界同时满足:1.定域的,也就是没有超光速信号的传播。2.实在的,也就是说,存在着一个独立于我们观察的外部世界。那么我们任意取3个方向观测A和B的自旋,它们所表现出来的协作程度必定要受限贝尔不等式之内。也就是说,假如上帝是爱因斯坦所想象的那个不掷骰子的慈祥的“老头子”,那么贝尔不等式就是他给这个宇宙所定下的神圣的束缚。不管我们的观测方向是怎么取的,在EPR实验中的两个粒子决不可能冒犯他老人家的尊严,而胆敢突破这一禁区。事实上,这不是敢不敢的问题,而是两个经典粒子在逻辑上根本不具有这样的能力:它们之间既然无法交换信号,就决不能表现得亲密无间。 但是,量子论的预言就不同了!贝尔证明,在量子论中,只要我们把a和b之间的夹角θ取得足够小,则贝尔不等式是可以被突破的!具体的证明需要用到略微复杂一点的物理和数学知识,在这里略过不谈了。 在一个量子主宰的世界里,A和B两粒子在相隔非常遥远的情况下,在不同方向上仍然可以表现出很高的协作程度,以致于贝尔不等式不成立。这在经典图景中是决不可能发生的。 |
我们这样来想象EPR实验:有两个罪犯抢劫了银行之后从犯罪现场飞也似地逃命,但他们慌不择路,两个人沿着相反的两个方向逃跑,结果于同一时刻在马路的两头被守候的警察分别抓获。现在我们来录取他们的口供,假设警察甲问罪犯A:“你是带头的那个吗?”A的回答无非是“是”,或者“不是”。在马路另一头,如果警察乙问罪犯B同一个问题:“你是带头的那个吗?”那么B的回答必定与A相反,因为大哥只能有1个,不是A带着B就是B带着A。两个警察问的问题在“同一方向”上,知道了A的答案,就等于知道了B的答案,他们的答案,100%地不同,协作率100%。在这点上,无论是经典世界还是量子世界都是一样的。 但是,回到经典世界里,假如两个警察问的是不同角度的问题,比如说问A:“你需要自己聘请律师吗?”问B:“你现在要喝水吗?”这是两个彼此无关的问题(在不同的方向上),A可能回答“要”或者“不要”,但这应该对B怎样回答问题毫无关系,因为B和A理论上已经失去了联系,B不可能按照A的行动来斟酌自己的答案。 不过,这只是经典世界里的罪犯,要是我们有两个“量子罪犯”,那可就不同了。当A决定聘请律师的时候,B就会有更大的可能性想要喝水,反之亦然!看起来,似乎是A和B之间有一种神奇的心灵感应,使得他们即使面临不同的质询时,仍然回答得出奇地一致!即使他们相隔万里,仍然合作无间,按照哥本哈根解释,这是因为在具体地回答问题前,两个人根本不存在于“实在”之中,而是合为一体,按照波函数弥漫。用薛定谔发明的术语来说,在观测之前,两个人(粒子)处在一种“纠缠”的状态,他们是一个整体,具有一种“不可分离性”! 这样说当然是简单化的,具体的条件还是我们的贝尔不等式。总而言之,如果世界是经典的,那么在EPR中贝尔不等式就必须得到满足,反之则可以突破。我们手中的这个神秘的不等式成了判定宇宙最基本性质的试金石,它仿佛就是那把开启奥秘之门的钥匙,可以带领我们领悟到自然的终极奥义。 |
看来哲吧讨论自然科学根本不行,差的太远了,那一天我发几首诗来大家讨论讨论如何?其中的逻辑问题也是挺有意思的。 |
怎么老是发不了,先发个闲话试试 |
回复 @司马骧苴 : 这里是哲学吧,他们又不懂物理学和科学。所以啊 |
回复 @司马骧苴 : 我的书里也讲相对论和量子力学,以及其它科学,你看看我说的通俗不通俗。 |
我把我书里的那一节贴在这里吧,让你们看看。 |
第二十章 新物理学 爱因斯坦和相对论 爱因斯坦可以说是20世纪最伟大的科学家,他引发了第二次科学革命,是一位卓越和富有创造力的理论家,是唯一堪与牛顿相媲美的物理学家。爱因斯坦的相对论是现代物理学的基石之一,到目前为止依然牢不可破。 麦克斯韦引进了革命性的方程组,确定了电磁场的存在,使电、磁、光都成为同一电磁领域的一部分。他认为光是一种波,而不是粒子,并且光是通过所谓的一种看不见的媒质“以太”来传播的。 后来,美国的物理学家迈克尔逊和莫雷做了一个实验,证明了以太并不存在,而且还证明了光速总是常数,而不管以什么作为参考系。这就使得牛顿物理学的“相对性原理”成了问题。而爱因斯坦正是抓住了光速不变的思想,用他的狭义相对论理出了头绪。 1879年,爱因斯坦出生在德国乌尔姆,是一个犹太人。这一年,19世纪最伟大的理论物理学家麦克斯韦去世。爱因斯坦是一个晚熟的孩子,早年的学习成绩并不好,民间不是流行一个叫“爱因斯坦的小板凳”的故事么? 爱因斯坦中学毕业后,进入瑞士苏黎世联邦理工学院学习。他的数学并不好,但把妹却是一流,他把女同学米列娃成功追到手,并结婚了,生了两个小孩。但后来爱因斯坦又爱上了自己的表姐,与原配米列娃离婚,与表姐结婚。 1902年,爱因斯坦毕业后到了瑞士专利局工作。这份工作比较清闲,他可以有很多时间搞自己的东西,思考自己感兴趣的问题。1905年,他完成了五篇论文,所有这些论文都发表在当年的《德国物理学年鉴》上。 这五篇论文篇篇都重要的,有讨论光电效应和布朗运动的,更有他的狭义相对论,当时的名称叫《论动体的电动力学》。这是爱因斯坦的创造力最辉煌的一年,因此后世将1905年称之为“物理奇迹年”。 但这五篇论文的发表并没有使爱因斯坦名声大燥,他依然老老实实干着他的工作。后来在苏黎世大学找到一个教学岗位,但薪金很少,爱因斯坦依然默默无闻。1913年,他由于受到普朗克的赏识,在普朗克的努力下,他才在柏林的威廉皇帝学院谋得了一个职位。 自从1905年爱因斯坦发表论文后,他一直在研究一个更大的理论,也就是广义相对论。这是一个伟大的理论,许多物理学家认为它是人类有史以来最为精彩的智慧结晶,而这几乎就是爱因斯坦凭一人之力完成的。当然,他也少不了好友的帮助,离不开黎曼、波尔多等人创立的“非欧几何”作为数学工具。 爱因斯坦花了整整十年的时间,终于在1915年完成广义相对论。当时第一次世界大战激战正酣,英德两国是死对头,但科学无国界,爱因斯坦的成果得到了英国科学家爱丁顿的关注,两人建立起了联系。 1919年,爱丁顿在西非普林西比岛的日食观测实验,证实了广义相对论的预言,从此爱因斯坦一夜成名,并迅速成为了物理学界的老大。之后,科学家又做了几次实验,都一一验证了广义相对论的预言,爱因斯坦的理论经受住了考验,被证明是正确的了。 希特勒在德国上台后,爱因斯坦逃离了德国,前往美国,受到热烈欢迎。他1940年成为美国公民,在美国的普林斯顿大学度过了他的余生,于1955年去世。 爱因斯坦的相对论破除了牛顿的绝对时空观,这个巨大的冲击不但是物理学上的,更是哲学上的。时间和空间的观念被大大地革新了。同时,作为一种引力理论,广义相对论也显示了它的威力。另外还有质量与能量的等价关系也被揭示出来了。 时间和空间是一个整体,一个四维连续统。它们不能脱离物质而存在,空间是物质的广延,时空与物质的运动息息相关。时间,作为第四维,通过适当的数学变换和虚数的引进,和空间坐标一起,整合进了一个统一的方程式。一个毕达哥拉斯定理的推广形式,即真正的“四维距离”。 所有的运动都是相对的,没有绝对的运动,也没有绝对的时间和空间。时间和空间都会因为物质而改变,不能脱离物质而独立存在。在牛顿力学体系中,两个参考系,设定一个为静止,一个相对于另一个做匀速直线运动,都满足惯性定律,这两个参考系叫做“伽利略坐标系”。时间是绝对的,不会因为物体的运动状态而改变。 假设一列匀速行驶的火车,相对于地面的路基,这就构成了两个参考系。“伽利略坐标系”可以实行速度相加,进行“伽利略变换”。这样做在正常的低速下是可以的,但是涉及到高速,特别是接近光速就不对了,因为光速不变。 因此,要用“洛仑兹变换”来代替“伽利略变换”才可以,而伽利略变换是作为一个极限特例而存在,也就是相对应于“洛仑兹变换”中光速等于无穷大的情形。那么光速是无穷大吗?当然不是,光速是不变的。 狭义相对论是根据两个公设来建立的,即光速不变原理和相对性原理。相对论从根本上说是为了强调物理定律的不变性,它保证物理定律在各种参考系中、各种运动体系中保持不变。数学形式上的统一岂不是一件很美的事情么?所以说,“相对论”实际上应该叫作“绝对论”。爱因斯坦本人也坦言相对论这个名字取得不好,很容易让人误解。 自然现象的物理定律是绝对的,在不同的参考系经过协变是等效的。在运动的参考系中,根据狭义相对论,会发生“时间膨胀”和“长度收缩”效应,也就是运动的时钟会变慢,运动的尺子会变短。 狭义相对论导致的具有普遍性的最重要结果是关于质量的概念,它将质量守恒定律和能量守恒定律结合了起来,得到著名的质能方程式E=mc^2。物体的惯性质量并不是一个恒常量,而是随物体的能量的改变而改变的,甚至可以认为一个物系的惯性质量就是它的能量的量度。因为爱因斯坦揭示了质量与能量之间的关系,指出在原子结构中蕴藏着巨大的能量,所以后来人类认识和利用原子能,制造出了原子弹。 第一个意识到爱因斯坦新时空观的是他的老师闵可夫斯基。闵可夫斯基提出的简称“世界”的物理世界,就时空观而言,就是四维的。对于“四维”的事物,一般人听了会感觉十分奇怪,但其实,对于我们所居住的世界是一个四维时空连续统这句话来说,却是再平凡不过的说法了。 空间是一个三维连续区,用笛卡尔坐标(x,y,z)来描述一个点的位置,并且在该点的邻近处可以有无限多个点,因此整个区域就是一个“连续区”,由于有三个坐标,所以说它是“三维的”。物理现象的世界是由各个“事件”组成的,每个事件又是由四个数来描述,就是再加上一个时间坐标t,构成一个四维连续区(x,y,z,t),这是很自然的事情。 按照相对论,时间已经失去了它的独立性,这个已经由洛仑兹变换的方程表明。闵可夫斯基的“四维世界”在形式上是与欧几里得几何学中的三个空间坐标完全相当的。 不少人是因为一些关键要点没搞清楚,而导致对相对论理解上的偏差,或者没办法摆脱经典力学的绝对时空观。很多人就是因为不理解“光速不变”这一点,所以导致了各种错误。 我们不能用一种背景化的绝对时空观来看待这个世界,没有一个绝对时间的参考系,每个运动的物体都有自己的时间基准(一个“钟表”),当我们谈论“时间”这个词语时,谈论“同时性”这个词语时,谈论“运动速度和距离”时,首先我们要测量时间,这就需要信息的沟通和传递,但这种信息的传递不是“即时”的,就如同万有引力不是“即时”的超距作用一样。作为信息传递的光是有一个固定速度的,而且在真空中是不变的。 “信息传递”是一个关键要点,请用这个观点来理解时间,并且以此来理解同时性。光速不变跟常识相悖,所以造成了我们用常识性的伽利略相对性原理来理解问题时,导致了错误。 比如一列很长的火车在铁路上运动,我们观察火车里面的一个人,这个人在向前奔跑,那么这个人的速度相对于我们来说,就是火车速度加上人相对于火车跑动的速度。这是很简单的相对性原理,大家都是这么理解的。 问题出现了:如果这个人以光速奔跑,怎么办?火车速度加上光速就等于超光速了,相对于我们,他就是超光速英雄,简称闪电侠。 可实际上,他对于我们来说依然是光速,我们测得的速度依然是光速,光速不变。所以,这就导致牛顿运动学的形式在高速运动中不成立了,要做一个小小的修正,以保持物理定律的不变性。 狭义相对论在数学上并不难,只需要加入一个“相对论因子”的小式子,牛顿和爱因斯坦两个人就一致了。但是,要理解修正后方程所产生的种种奇怪的效应和带来的结论,就不容易了。比如“尺缩钟慢”,时间膨胀,距离收缩,时空连接为一体,该怎么样理解啊? |
举些例子让大家形象化的理解什么叫做“时间膨胀”。 相对论说的是:一个人不往外面看就不能够测得他的速度,就不知道他是否在运动。 换句话说就是,在一个做匀速运动的飞船上做的实验和看到的现象,跟在飞船静止时做的实验和现象是完全一致的。 物理定律在静止和匀速运动时是保持不变的,这就是相对性原理,很简单很容易理解,我们高中就懂了。 关于“时间膨胀”,两个做相对运动的人,或者一个动一个不动,那个“不知道自己是否运动的人的钟表会变慢,也就是他的时间会变慢。 好莱坞的电影《X战警之逆转未来》中“快银”那一段太经典了。“快银”是一个变种人,有超能力,他的速度很快,但是还没有达到光速。于是当他高速运动时,眼里的世界是就像慢动作播放的电影一般,一切都是慢悠悠的。 当“快银”他以极快的速度运动着,在他看来周围的一切都“变慢”了,这就是时间膨胀,如果他的速度达到光速,周围的一切就“静止”了,也就是时间静止。 我们以“快银”为时间基准,他知道自己在运动,而其他人不知道自己在运动。如果把“快银”当作静止参考系,全世界对他而言是在做着高速运动,但是,全世界都不知道这一点,因此,全世界的时间相对于“快银”都变慢了。 “快银”先做两个俯卧撑,跳个舞,然后睡一觉,接着看一看自己随身带的表,发现已经过去了两个小时,这是一个正常的时间。但是他周围的全世界都是以一种“慢动作”在进行着,就像电影里的慢镜头,“快银”看一看他旁边挂着的一个钟,发现才过去五分钟,因为那个钟是“很慢很慢的在走动”。相对于“快银”他本身的正常时间来说,周围世界的时间变慢了。这就是时间膨胀。 再举一个例子。 比如你坐宇宙飞船到太阳去,然后返回来,我们知道地球到太阳的距离大约是8分钟的光程,也就是光速走8分钟。当然,飞船不可能达到光速,假设非常接近光速吧。 然后我们把你送进了密封的飞船,飞船从地球出发做匀速运动,你在飞船里面什么都感觉不到,你不知道自己是否在运动,你以为自己是静止的。因此,你的时间就会膨胀变慢,你的表会变慢。 假如你的飞船速度只比光速小一点,用了15分钟到达太阳,然后返回地球,一共是半个小时。地球上的钟表走了半个小时后,飞船抵达,我们给你开门。你从飞船里出来,发现你的表只不过走了2分钟。你的表变慢了! 如果你的飞船达到了光速,或者非常接近光速的话。比如说你的飞船到10光年远的地方再回来,回到地球就是20年,地球上的时间过了20年。而对你来说,你的表才只不过走了5秒钟。也就是说,你进门入飞船,过了5秒出飞船,你发现你周围的世界已经过去了20年,你20岁的儿子在门口等着你,你会何等之惊讶。 我们知道,牛顿力学中的“质量”概念是要被修正为“相对论性质量”的,经过修正后的质量是静止质量乘上相对论因子,因此,质量会随着速度的增加而增加。 如果物体达到光速,质量会变成无穷大,所以,拥有静止质量的物体不能达到光速。要把火箭加速到光速,就需要无穷大的能量,这是不可能的。光子因为没有静止质量,所以它就是光速,而且根本就停不下来。但是,光子有能量、动量和“质量”,这个质量并不是静止质量,原因在于它在运动。所以光子可以受到引力场的作用,光线被太阳引力弯曲,爱丁顿的实验证明了相对论。 广义相对论提出了“等效原理”,也就是说,引力质量和惯性质量不可区分,加速度效应和引力效应不可区分。就比如我们坐电梯,电梯加速,而我们却感觉自己受到了力的作用。 我们如何设想时空的弯曲?万有引力不过是空间弯曲的一个结果。 在《爱因斯坦和爱丁顿》这部电影中,爱丁顿有一个很好的展示。 传统的牛顿万有引力定律说的是,两个物体互相吸引,然后靠近,它们受到引力的作用,这个引力还是超距作用。实际上,这里没有什么“引力”。 你把一个皮球放在一块布上,然后我们拉起来,皮球由于重力陷了下去,这块布的形状就不是平的了。这块布就是空间,这个球由于有质量,所以导致了空间形状扭曲改变。 这时,我们那另一个球放在布的一头,松手,这个球自然向下滚向中间的球,看起来就像它们是互相吸引。实际上这里有什么“引力”么?没有。 另一个球是因为那块布的形状而导致滚向另一个球的,空间弯曲了。如果是把两个球放在地面上,他们就互相静止了。 因为这里代表空间的布是一块二维平面,所以布的弯曲我们可以直接看到,从三维看二维,一切很清楚,从二维看一维也很清楚。但是身在三维空间的我们,是不能够直接看到三维空间的弯曲的,必须站在更高的维度。所以我们只能用数学和抽象的手段来把握。 我们来感受一下这种弯曲。我们原地跳起来,然后受到地球的引力以重力加速度落向地面。实际上呢,当我们跳到半空,我们看到地面朝着我们“冲”来!我们与地球的这段空间不断的缩小,然后我们落在地面上。这就如同那个球在弯曲的布面上滚向另一个球。 这中间有一个万有引力的作用力么?没有。是由于空间的弯曲所导致了这种结果。 广义相对论涉及一个叫“双生子佯谬”的悖论。可实际上,相对论并没有错误,之所以产生悖论,是因为双生子问题涉及了加速度和引力。 当哥哥折返回地球的时候,他就“知道”自己在运动了,和地球上的那个弟弟完全不同。飞船加速,能够感受到加速度和引力的那个人必然是更年轻的人,“知道”自己在运动的人更年轻。 除了光线会被太阳的引力场作用导致弯曲之外,爱因斯坦还在三个领域作出了预言,在这三个领域中,他的广义相对论都与牛顿的引力理论有矛盾。 这三个领域分别是水星轨道的进动、光在引力场作用下会产生红移、光被引力场偏折的量应该比牛顿预言的大得多。结果后来经过科学家的实验确证,相对论是正确的,而牛顿输了。 物理学再一次发生了范式转换,由经典物理学转变成相对论物理学,当然还有量子力学。新物理学诞生了,这是一次伟大的革命,它极大地改变了人类的生活。但是,相对论和量子力学目前还没有办法统一起来,这是一个极其困难的工作。如果一旦成功,人类将会迈向另一个新的物理学范式,也许一个“大统一理论”就会出现,到那时,我们就能认识到上帝的精神。 |
接下来,应该好好来解决薛定谔这只半死不活的猫了,看看它究竟能否被我们的理性所理解和接纳。要不是它一直困扰着人们的智商,问题也就用不着复杂化了。 |
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