基础物理一直停滞不前,是因为受到爱因斯坦相对论误导吗?
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发布时间：2022-05-26 17:37
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时间：2023-10-13 11:42
首先不得不说一切皆有可能，我不能否定会有题主说的这种情况。这也是关于量子世界中不确定性的多世界诠释所描述的情形。但我也不得不说至少在我们的这个世界，爱因斯坦的相对论并不是误导而是极大地指导了物理学的发展。(只能揣测：可能在另一个平行宇宙相对论可能阻碍了那里的人类物理学的进步。不过那个世界会不会很荒诞呢？很难说。)
相对论的验证
自爱因斯坦提出相对论之后，不仅狭义和广义相对论都不断得到实验的证实，如：
- 麦克森-莫雷实验证实了光速的各向同性特征（并没有被以太吹走）;而后肯尼迪·桑代克实验又证明了光在任何惯性参照系下往复运动的时间是相同的;之后，伊思-史迪威实验证实了，运动中的原子钟的频率会按狭义相对论所述规律变化。
后来，这些经典的实验又被以不断提升的精度重复了很多次。除此之外，其他证实了狭义相对论的实验还包括：
- 高速度下相对论能量和动量的增加实验时间膨胀实验罗伦兹违反的现代搜索实验
等等。
证实广义相对论的实验有：
- 水星轨道近日点岁差观测太阳对光的扭曲观测光的引力红移观测惯性系拖拽观测
等等。
相对论对物理学各领域的推动
狭义相对论带来了在各种相对速度下不同于牛顿力学的物理预测的产生，并且当相对速度变得与光速相当时反直觉的相对论效应最为明显。这些效应给物理学不同的领域都带来了极大的推动，例如：
- 在光学方面，以萨格纳克效应制成的环激光干涉仪或者光纤干涉仪可以非常精确地度量角速度。激光测距，以及激光测速因为光速的不变性而变得可能。在宇宙学方面，诸如光年这样的距离单位只有在光速不变性之下才能成立；此外像时间膨胀和尺缩效应对于观测和测量遥远的天体是不能回避的问题，诸如泰瑞尔-彭罗斯效应，相对论多普勒效应等等。
上图：一个立方体在加速到0.99倍光速的过程中的尺寸尺寸和视觉外观的变化。上图左侧是实测尺寸,而右侧是视觉外观。在泰瑞尔-彭罗斯旋转效应下，我们会观察到此立方体发生了泰瑞尔旋转，这是由于立方体背面的光线会晚于正面到达我们的眼睛（实际上该立方体并未发生旋转）。
- 在力学方面，依据狭义等效性原理推导出来的质能等效性，其最精辟的结论就是质能方程。此方程在力学方面意义深远。在电磁学方面，经典电磁学的理论研究发现了电磁波。推广的电磁效应方程发现电场和磁场的有限传播速度牵涉到带电粒子的某些行为，于是对于移动电荷的一般研究形成了李纳-维谢势，这是向狭义相对论迈出的一小步。虽然麦克斯韦方程组的3d形式，已经与狭义相对论的物理内涵一致，但狭义相对论为电场在不同惯性系之间的转换提供了规则。在量子力学方面，狭义相对论与量子力学结合，形成了相对论量子力学和量子电动力学。较早的波尔-索默菲尔德原子模型利用狭义相对论和当时对量子力学的初步知识解释了碱金属原子的精细结构。1928年，保罗·狄拉克又构建的相对论波动方程，即狄拉克方程，与狭义相对论和1926年以后形成的量子理论的最终版本完全兼容。此方程不仅解释了被称为自旋的电子的固有角动量，它还预测了电子的反粒子——正电子的存在，以及只能用狭义相对论来充分解释的精细结构，并成为相对论量子力学的首个基础。在非相对论量子力学中，自旋仅是现象学意义上的无法解释。
广义相对论导致了一系列的物理结论和预测，除了直接导致引力波天文学的诞生，还涉及天文学宇宙学和天体物理学等等诸多方面，基本上都与引力有关，诸如：
- 引力时间膨胀以及频移光线弯曲和引力时延引力波轨道极距点的进动测地线进动和参照系拖拽效应轨道衰减上图：PSR1913+1630年间的轨道周期衰减（单位：秒）
- 引力透镜效应关于黑洞以及其他致密天体的预测和理论宇宙模型
等等。
工程上的应用
相对论效应不仅仅是理论，而且还是重要的实际工程需要考虑的原理。大多数基于卫星的测量都需要考虑相对论效应，不仅因为多数卫星相对于地球上的使用者而言都是运动的，因此在相对论下处于不同的参照系，还因为它们在地球引力场中的距离导致时间流逝的速度与地面不同。
上图：定位卫星的时钟校准需要考虑相对于地面广义相对论时间流逝加速的效应（上图方块连线）和狭义相对论时间流逝减缓的效应（上图三角连线），最后得出总相对论效应造成的定位卫星时钟偏差量。
全球定位系统，如北斗、GPS、GLONASS和伽利略等，都必须考虑所有的相对论效应，包括地球引力场的效应，以便精确地工作。如果忽略相对论，那么从电子显微镜到粒子加速器之类的仪器都将不起作用。
总结
在我们当前的宇宙中，相对论提供了一整套得到了实验验证的理论基础，并且持续不断地被新的观测和实验所证实。由此看来，相对论不像是爱因斯坦对物理学界的“大忽悠”，反而越来越像是指导物理学前行的动力。
