“ 如果相對論錯了,就會………”基本上可以算得上是科幻素材了,實際上如果我們瞭解科學的發展,就會知道這並不可能發生。當然,我們可以先來看看,如果相對論錯了,到底會發生什麼?
如果相對論錯了,那會如何?
首先,我們要來了解一下相對論到底説什麼?
相對論分為狹義相對論和廣義相對論。其中狹義相對論是愛因斯坦在1905年提出的,愛因斯坦基於相對性原理和光速不變原理,推導出來這個理論,在這個理論中,他統一了時間和空間,認為這兩者彼此緊密聯繫在一起的,並提出了“時空”的觀念。
這個過程有點類似古希臘的歐幾里得幾何學,基於5條基本的公設推導出整個平面幾何的框架。
所以,要證明相對論錯了,那最根本的就應該是相對論的兩條基本假設了。也就是説,要麼相對性原理錯了,要麼光速不變原理錯了,要麼全都錯了。
狹義相對論
如果相對性原理錯了如果相對性原理錯了,那其實就是指我們初高中的那套“參考系的觀念”錯了。這個錯誤就不僅僅是愛因斯坦的狹義相對論要承擔的,是連牛頓和伽利略的理論都得是錯的。所以,這一條錯了,勢必就要把整個物理學大廈直接推倒。
如果光速不變原理錯了這就需要我們理解一下“光速不變原理”到底説什麼?
光速不變原理指的是光速在任何的慣性參考下都是不變的。意思是説,如果你在一輛高速行駛的車上,拿着手電筒向車行駛的方向射出一道光,這時候在汽車上你看到的光速,實際上應該和地面觀測者看到的是一樣的,都是3*10^8 m/s。
這條假設並不是憑空產生的。我們知道,在牛頓之後,愛因斯坦之前,最偉大的物理學家是麥克斯韋。他提出了麥克斯韋方程,預言了電磁波的存在,光是一種電磁波。
而我們從麥克斯韋方程方程中,可以推導出光速的表達是,c=1/ε0μ0,這裏有兩個常數分別是:
ε0代表的是真空介電常數。μ0代表的是真空磁導率。通過這個推導,我們就會發現,這裏光速竟然是一個固定值,不需要參考系。科學家其實曾經假設過光速是相對於“以太”,更具體的説是,以太是光傳播的介質。
但後來科學家證明了“以太”壓根就不存在。也就是説,麥克斯韋方程推導出的結果就是光速在任何慣性參考系都是一致的。
如果光速不變原理錯了,那説明麥克斯韋方程是有問題的,雖然這回沒推導物理學大廈,但電磁學的半壁江山也就不復存在了。
不僅如此,我們知道,通過光速不變原理,我們可以得到光速是物質,信息、能量傳遞的極限速度。並且愛因斯坦還發現,光速其實是時空的特性。如今我們始終沒有發現異常問題。
如果光速不變原理錯了,意味着以上這些也就都錯了,那我們應該就可以觀測到超光速的信息、物質、能量傳遞。但至今,我們都不曾觀測到一例類似的案例。
當然,以上,我們都是從底層邏輯在思考這個問題。但我們要知道的是,相對論推導出來很多結論,其實被廣泛使用。就説質能等價吧。
它被廣泛運用到了微觀世界的理論當中,狹義相對論和量子力學還聯姻,誕生了距今我們現在最近的理論物理學高峯:粒子物理標準模型。
也就是説,過去100年,科學家所有的努力都將化為泡影,因為他們基於狹義相對論是對的情況下,做的這些理論和實驗。
所以,我們會發現,僅僅是狹義相對論錯了,就可以讓物理學300多年的發展史灰飛煙滅。
廣義相對論
那如果廣義相對論錯了呢?
那天文學家、物理學家都會瘋掉的。這是因為這意味着20世紀以來,物理學和天文學家關於天文學的相關研究都會是錯的。20世紀宇宙學的最大發現就是宇宙大爆炸。這個理論其實就是基於廣義相對論做出來的。
除了宇宙大爆炸,還有黑洞、引力波這些都是廣義相對論預言的,它們就不應該是存在的。
科學理論不是用“對錯”來判斷的
説完這些,其實你發現沒有,假設相對論錯了,其實錯的不只是相對論,而是整個理論物理學。所以,相對論的錯不是愛因斯坦一個人的失敗,應該是全人類的失敗。不過好在相對論至今還是精確無比的。
不僅如此,我們還應該知道,科學家理論不是用“對錯”來判斷。而是用“精度”來判斷。如果只是用對錯,那牛頓那套為什麼我們沒有摒棄?
所以,日心説比地心説更簡潔了,更精準的。而牛頓的理論是可以很好地描述宏觀世界。愛因斯坦的相對論則是在精度上比牛頓理論更上一層樓。我們或者可以説牛頓理論是相對論和量子力學在宏觀低速下的近似解。
因此,科學比的不是對錯,而是“誰更準”。而“誰更準”依靠的是觀測和實驗。因此,像相對論,量子力學,牛頓理論等主流的科學理論,不是憑空捏造的,是理論物理學基於當前的物理現象推導而來,以及需要實驗物理學家一點點錘鍊出來的。