一、前言
愛因斯坦的相對論,是個劃時代的巨作。相對論有 “狹義相對論” (special theory of relativity, 簡稱 STR) 及 “廣義相對論” (General Theory of Relativity, 簡稱GTR) 兩種。信堅在此,十分鐘內簡介愛因斯坦的相對論。詳細科普解說,請看李傑信博士,即將在十月底,由台大出版社印行的 “宇宙的顫抖” 一書。
二、狹義相對論
狹義相對論是基於至今科學家所知的兩個基本定律所演繹而出。此二定律是 “相對原理及光速恆定”。
“相對原理” 是說所有物理定律在等速運動的座標中,是完全相同、形式不變。”光速恆定” 是說在任何運動的座標裡,光速 (每秒三十萬公里) 都是一樣不變 。
由此二條定律,愛因斯坦推論出兩個重要結論:
2.1在不同相對運動的座標系統中,時空失去了絕對性。時間與空間一體,是相對的。隨座標軸的相對速度,而有時間延遲 (time dilation) 及空間收縮 (space contraction) 等效應 。
2.2 能量與質量互變,此即著名的 E=mc2.
(人類依此公式,製造了原子彈與氫彈,是愛因斯坦始料不及的。科學知識本身無好壞、善惡,一切在人心。)
三、廣義相對論
愛因斯坦的GTR,是將上面的等速運動座標推廣至等加速運動的座標中。GTR的兩個基本定律是: 等效原理與守恆定理。
“等效原理 (The Equivalence Principle,EP) 簡單的說,物體的加速度就是引力。(譬如你坐在等加速向上運行的電梯所感受的向下壓力,與地心引力同一性質)。”守恆定律”是說在相同的加速度座標裡,所有物理定律是不變的”。
愛因斯坦以此假設,導出優美的數學公式,
此公式的右邊是物質的性質與動能,左邊是時空的彎曲度。因此,「時空告訴物質如何移動;物質告訴時空如何彎曲。」GTR將引力場視為是四維時空網的彎曲度,以四維時空中每一點的局部曲度表達。引力並不是一種在時空中傳播的東西,引力就是時空。 Continue reading