相对论

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相对论 — 简史
由犹太物理学家爱因斯坦(1879 - 1955)在20世纪初提出的相对论,是我们这个时代最重要的科学进展之一。 爱因斯坦没有介绍相对论的概念,他的主要贡献在于认识到光在真空中的速度是恒定的以及绝对的物理运动极限。因为我们的运行速度比光速慢得多,所以这对一个人的日常生活不会产生多么大的影响。不过对于那些以接近光速运行的物体,相对论认为从地球观测者的角度看,这些物体速度更慢而且运行长度会缩短。 爱因斯坦还导出著名的方程式,能量=质量×光速2它揭示了物质和能量的守恒。

当爱因斯坦把他的理论应用于重力场,便导出了“连续的时空曲线”,描述空间和时间作为一个二维表面,上面有大量物质使之产生凹凸不平。 相对论从这个角度解释了围绕太阳的光线发生弯曲的现象,预言了黑洞以及宇宙微波背景辐射(CMB)— 这一发现显现出经典的稳态假说的本质的不完善之处。 由于在相对论,光电效应和黑体辐射领域的成绩,爱因斯坦在1921年获得诺贝尔奖。

相对论 — 基础
物理学家通常把相对论分为两个部分。

  • 第一个是狭义相对论,本质上是回答静止与运动是相对还是绝对的问题,根据爱因斯坦的猜想,它们是相对的。
  • 第二个是广义相对论,它主要应用于粒子特别是受到万有引力时的加速,并根本性地改变了牛顿的定律,它预测了高速运动且/或大的物体的重要的新的结果。 广义相对论再现了所有已验证的牛顿的理论,不过扩大了我们对一些主要原则的理解。 牛顿物理学此前假设重力存在于真空空间,但这个理论在某一特定物体的质量和距离通过空间如何被传递方面缺乏解释力。 广义相对论解决了这个矛盾,因为它表明物体在空间继续以直线运动,但我们看到的运动因为时空的弯曲而加速。
爱因斯坦的两个相对论理论,其高度的正确性近年来得到证实,显示的数据证实了许多关键性的预测;其中最著名的是1919年的日食,证明恒星的光在经过太阳到达地球时确实被弯曲了。 这次日全食使天文学家首次分析出接近太阳边缘的星光,而这在以前由于太阳的强光观测者是做不到的。 它还预测两个相互旋转的中子星会接近对方。 当这种现象第一次被证实,广义相对论证明了自己的准确率超过万亿分之一,从而使之成为整个物理学中最被认可的原理。

当把广义相对论应用于我们的宇宙时,便揭示出它并非是静态的。埃德温•哈勃(1889-1953)在1928年证明了宇宙正在膨胀,他以合理的怀疑所不能及的方式表明宇宙形成于一个有限的时间之前。 对这种膨胀最普遍的现代的解释是,这一切是从大约137亿年前宇宙大爆炸的时刻开始。 然而,这并不是学术界唯一存在的看似真的宇宙模型,许多研究创世的物理学家像罗素•汉弗莱斯和约翰•哈特尼特设计的模型是按圣经框架来运转的,迄今为止,这个模型经受住了最强烈的反对者的批评。

相对论 — 创世论的证据
利用观测到的宇宙膨胀与广义相对论一道,我们可以从数据推断出,回到过去越久远,宇宙相应地越小。 但是,它不会无限地扩张。 宇宙膨胀帮助我们理解时间流动的方向。 它被称为宇宙的时间之箭,这意味着未来指向 — 按照定义—宇宙的规模的增加。 宇宙的膨胀也产生了热力学第二定律,该定律指出,宇宙中总体的熵(或混乱)只能随时间增加,因为做功的能量随着时间减弱。因此, 如果宇宙是永恒的,可用来做功的能量就已经用尽了。 因此可以得出结论,在某个时候,熵值是绝对0(在创世是个最有序的状态),并且熵值从那时起一直在不断增加,也就是说,在某一刻,宇宙是被“上满发条”,并从那时起逐渐消亡。 这具有深刻的神学含义,因为它表明,时间本身必然是有限的。 如果宇宙是永恒的,宇宙中的热能会被均匀地分布在整个宇宙,使宇宙中的每一区域的温度完全相同(非常接近绝对0),不会再做更多可能的功。

广义相对论表明,时间是与物质和空间相连或相关,因此,时间和空间的维度以及物质构成我们所说的一个统一体。 他们一定是在同一时刻开始形成。 在没有空间和物质的情形下时间本身是不能存在的。 由此我们可以推断,内在的第一个原因必定存在于空间和时间的四个维度之外,为拥有有目的地创造空间,物质甚至时间本身的能力,其一定具有永恒的,特别的,智慧的特性。

此外,时间和空间的物理性质也表明有一个造物主,因为从逻辑的角度上说,无限与永恒必定存在。时间的存在意味着永恒(因为时间的开始和结束);空间的存在意味着无限。 由无限与永恒可推知一个造物主,因为它们自己存在于上帝之中,而后者超越前两者,就是这么简单。

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