爱因斯坦发现了什么？《张朝阳的物理课》讲狭义相对论

中国青年网北京12月17日电双胞胎如何相差5岁？时间真的会膨胀吗？12月17日12时，《张朝阳的物理课》第十二期开播。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，从伽利略变换与麦克斯韦方程的不自洽谈起，讲述了历史上的以太之争和迈克尔逊莫雷实验，而爱因斯坦在洛伦兹变换的基础之上，提出了狭义相对论，并推导得到“尺缩钟慢”效应、横向多普勒效应等。《张朝阳的物理课》初次探讨爱因斯坦的“狭义相对论”，试图揭秘“E=mc2”公式何以举世闻名。

为什么爱因斯坦比洛伦兹更幸运？物理科普可实现个人认知更迭

“讲相对论，需要先学习物理学的历史。”张朝阳开门见山，19世纪末，以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论的正确性，已被大量实验所证实，但其在经典力学的伽利略变换下，却不具有协变性，与经典力学中的相对性原理相违背。

为了让网友直观感受何为“伽利略变换”，张朝阳举例说，“想象你站在机场滚梯上，跑步前进，根据伽利略的速度叠加理论，从地面上看，你的速度，就是滚梯的速度加上你奔跑的速度。”

“当伽利略变换与麦克斯韦方程不自洽，该怎么办？”张朝阳像是在讲故事。19世纪的物理学家认为，光的传播，可能存在某种介质，像水传递水波那样传递电磁波，如此才能解释麦克斯韦方程组给出的绝对光速。他们将这种假定的可以传播“光”的介质称之为“以太”。于是，1887年，迈克尔逊和莫雷用干涉仪来测量一束平行光和一束垂直光的光速差值，以验证以太是否存在。

（张朝阳讲解迈克尔逊莫雷实验）

说到这里，张朝阳再度开启数学推演模式，在小白板上画上坐标，引入勾股定理，边画边讲。他强调，“光速为30万千米每秒，想发现它的速度变化，难度很大。”通过一步步推导，张朝阳和网友们再现100多年前的这个著名实验，并得出结论，“以太假说是错误的”，张朝阳说，“这也表明相对性原理的正确性。”

“洛伦兹试图去解决这个问题。他比较喜欢修修补补，于是假定了不同的坐标系，把伽利略变换修改为洛伦兹变换，结果被证明是完全正确的。”张朝阳继续说故事，在洛伦兹变换下，麦克斯韦方程组具有了相对性原理所要求的协变性。

可惜的是，洛伦兹不能对这一假说的物理本质给出合理的解释。而爱因斯坦则意识到，伽利略变换实际上是牛顿经典时空观的体现，如果承认“真空光速独立于参考系”这一实验事实为基本原理，即可建立一种新的时空观。在这一时空观下，从相对性原理出发即可导出洛伦兹变换。爱因斯坦还发现，速度可以改变时空，质量也可以改变时空。

“当爱因斯坦1905年搞出狭义相对论的时候，物理学界不太服气，直到1915年搞出广义相对论之后，物理学界才真正服气，承认这是全新的观点。”与此同时，张朝阳也替洛伦兹感到惋惜：“实际上，如果洛伦兹当年放弃‘以太’假说，他会跟爱因斯坦一样伟大。”

课程尾声，张朝阳介绍了在狭义相对论的概念里，时间会膨胀，长度会收缩。“如果双胞胎当中的一人，在太空高速运动的飞船里生活10年再回地球，有可能会比自己的兄弟小个5岁。”他说，“我们要更多的理解、更多的案例，下一讲再详细说明。”

由于涉及到的知识较为繁杂，今天的直播课讲解过程延长了30分钟。与往期相比，少了一些数学推导，但内容的故事性更强，网友们听得有滋有味。

第十二课讲授“狭义相对论”的诞生过程，也指出科学研究既需要修修补补，更需要勇于颠覆，避免陷入前人的思维困局。这也是搜狐视频做知识直播，鼓励全民通过科普学习，掌握学习技巧，从而实现个人知识和认知更迭的一个价值体现。

知识直播不仅传播知识，更训练科学素养

自11月5日至今，《张朝阳的物理课》已直播十二期。在第一、二课中，张朝阳科普了“力”和“速度”，算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数；第三、四课的内容则和“振动”相关，科普了可见光的基本知识，解释了早中晚的太阳颜色为何不一样，以及蓝色天空的秘密；第五、六课引发了关于音速和温度的大讨论；第七、八、九期则重温经典力学的两朵乌云，带领网友触摸量子力学；第十、十一课则重点回顾黑体辐射曲线及其应用，试图重回137亿年前的宇宙；第十二期则尝试进入爱因斯坦的思想世界。

观察生活现象+解释背后原理+推导演算公式，结合十二期物理课可以看出，《张朝阳的物理课》是从日常现象引入，帮助网友理解现象，提升兴趣，再“透过现象看本质”，解释知识点，推演过程，反过来解决生活中的问题。

“物理是算出来的，玄乎其玄的科幻概念和实证有区别。”张朝阳认为学习物理并不轻松，但每个人不要觉得可能学不会而不去学，恰恰相反，聪明在于过程，看起来枯燥的物理知识，经过分解后再理解，不比生活中的其他事更困难。张朝阳鼓励网友打破思维的边界，科学学习，希望每个人对这个世界，充满更多的好奇心与勇气。

显然，《张朝阳的物理课》不仅仅是知识的传播，更在于对知识获得过程的数学推演，把解决问题的方法教给用户，而不是直接给答案。这样做，还能训练和提升用户的科学素养，更迭个人知识和认知水准。这些正是课程价值所在，也是搜狐视频知识直播与众不同的特色之一。

观看直播的网友还发现，通过“直播小白板”，可直观了解学习重点。另有“课代表”将课堂笔记，发布在搜狐新闻客户端“关注流”上，方便查漏补缺。而笔记内容的可追溯性和可分享性，也大大释放了搜狐视频的内容活力和传播价值。

在后续课程中，张朝阳还将进一步解释生活中常见的物理现象。通过网友最熟悉的话题，深入浅出，解释现象，探寻物质世界的原理。达到专业人士认可，普通人能听懂的效果，并借此激发科学学习的热潮。该课程于每周周五、周日12时在搜狐视频直播。

除《张朝阳的物理课》外，搜狐视频也邀请多位通识教育播主，科普知识，传递价值。北京交通大学理学院教师陈征博士玩起了“奇趣的科学实验”，走进“光的波粒二象性”；康奈尔大学物理化学博士包坤，化身“包大人玩科学”，教普通人看懂2021年诺贝尔奖；还有天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来，还将有更多知识播主入驻，一起玩转科学。

来源：中国青年网

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