相对论对于经典物理学的利与弊

摘 要 自爱因斯坦提出相对论以来，物理学得到了巨大的发展，但是，也对经典物理学带来了巨大的冲击。那么相对论对经典物理学带来了什么影响呢？在文中主要就相对论对经典物理学所带来的利与弊展开讨论，以期可以加深对相对论为经典物理学带来的影响的理解。

关键词 相对论；经典物理学；影响

中图分类号 O2 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0044-01

在人类物理学发展的进程中，有一群巨星照耀着我们前进的方向，他们或是坚毅不屈，或是执着不悔，或是以自己不可磨灭的热情来创建人类进程中不可预料的辉煌，而在这一群闪亮的星星中，两颗耀眼的巨星始终让人无法忽视他们的存在。熠熠生辉的群星是我们前进路上的明灯，这其中就有两颗巨星始终闪耀着自己的光芒，他们就是牛顿和爱因斯坦。

1 牛顿对于经典物理学的影响

牛顿在经典物理学的多个领域都做出过不可估量的贡献，他曾提出相对所谓经典力学，也就是指研究在低速情况下宏观物体的机械运动所遵循的规律的力学。经典力学的重要部分是什么呢？根据经典物理学发展史来说，其重要的组成部分是牛顿运动定律，也可以说是与牛顿定律有关的并且与其等价的其他力学原理，这些原理同样也是经典力学的基本定律。除此之外，他的一生中对于物理学的发展还做出了无数的、后人无法企及的贡献。牛顿可谓是经典物理学发展史中的中流砥柱。

2 爱因斯坦的成就

无独有偶，爱因斯坦对于近代科学发展进程的推进作用也是里程碑式的。1905年，爱因斯坦提出了三项都具有划时代意义的理论——光量子假说，因此而获得1921年诺贝尔奖，并且提出了狭义相对论、布朗运动的统计性解释，并由此引出的验证性实验的结果使得当时并不相信原子是真实的几位大科学家都转而相

信了。

他最大的成就有三点：1）从物理学发展的意义上说的，提出了以相对论为代表的新的物理哲学体系，以及由此引发的两大理论物理学派的论战；2）他发现的光电效应方程；3）他在维护世界和平方面做出的贡献.爱因斯坦为了反对核武器，他还主动退出核物理研究领域。

其中，相对论对于经典物理学产生了不可忽视的影响。那么，相对论究竟是什么呢？它主要应用于哪些方面呢？相对论又是怎样对于经典物理学产生不可忽视的影响了呢？笔者认为，以上的问题可以从相对论对于经典力学的利与弊的角度来阐述。

3 相对论对经典力学的利与弊

相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，相对论根据本身的研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了近代物理学的基础。相对论极大的改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”“四维时空”“弯曲时空”等全新的概念。不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非经典的=量子的”。在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。

经典物理学与相对论之间的关系主要是任何两者或者多者的关系中，很难存在一拍即合或者配合的天衣无缝的情況，大多都是各个元素或者成员之间经过长时间的相互磨合才会使得一个团队或者一断关系能够长时间的保持顺畅的、和谐的相处方式。与此对应的，相对论和经典物理学的关系也未能幸免，经典物理学与相对论的关系中，矛盾性是不可忽视的一个重要的特点。

需要说明的是，经典物理学与相对论之间的矛盾是多方面的。比如，如果以经典物理学的视角来分析时间与空间的话，那么时间与空间是绝对的。但是矛盾恰恰就在此，如果以相对论的视角来看待两者的话，那么时间与空间就是相对的。除此之外，还有很多的情况是经典物理学无法解释的，那么，在这种情况下，就需要运用相对论来解决问题了，比如物体高速运动时的情况。由此可见，相对论对于经典物理学起到了辅助补充的作用，大大地弥补了经典物理学中存在的缺陷，完成了经典物理学无法解析的问题。但是，在此需要特别的说明的是，相对论并不会推翻经典物理学，正如上述例子一样，对于经典物理学来说，相对论更多的是起到了补充开拓的作用，明确了经典物理学的适用范围，即低俗、宏观的物理世界，在高速围观的世界里对于经典物理学所不能达到的领域进行补充与加强。

牛顿经典力学认为质量和能量各自独立存在，并且提出了牛顿定律，但是，这一定律却使得狭义相对论面临巨大的挑战，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用。就在这个时候，为了解决这个问题，爱因斯坦提出了广义相对论。

爱因斯坦广义相对论认为，质量和能量各自独立存在，且各自守恒，它只适用于物体运动速度远小于光速的范围。

经典力学也是有其局限性的。1543年，波兰的哥白尼发表了《天体运行论》，提出了“日心说”，指出“地心说”是错误的，认识到了地球和其它行星都围绕太阳运动。经典力学以严格的数学方法和逻辑体系统一了宇宙间的运动，实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。经典力学又经历了17、18、19世纪的进一步完善。在逻辑上和形式上都进一步优美，日臻完善。

众多的实验结果表明：不存在以太，光速不受地球运动影响，是一个常量。这使得经典力学的预言失败，有力地证明了麦克斯韦的电磁学理论。看似百家争鸣的学术繁华现象并没有解决实际的额问题，相对的，反而使得物理学陷入了混乱之中。众所周知，狭义相对论与经典力学是极其相似的，两者均是低速情况下物体运动的适用理论，而在高速（特别是接近光速）的情况下，经典力学的不足之处也就体现出来了，他就不再适用，取而代之的是狭义相对论；第二是光速不变原理。在任意一个惯性系中，光速都为c，这就引出了关于同时性的相对性。由于光速是有限的，光从A地传播到B地需要一定时间，因此，在一个参考系中是同时发生的两件事件，在另一个参考系看来就不再是同时的了。每个参考系都有自己的时间，这一观点改变了千百年来人们头脑中的时间观念。相对论与经典力学是存在区别与联系的。具体的可以这样总结来看：经典力学是狭义相对论在低速（v<

纵观人类科学发展史，任何一种理论，只要它能符合严密的逻辑，并且能合理地解释已发现的实验现象，还能够成功地预言尚未发现的现象并最终被实验所证实。那么，这个理论就不可能是完全错误的。但是它也绝不可能是完美的。因为它永远只是自然界的客观规律在某些特定条件、特定适用范围内的近似形式。也正因此，自然界是可以被认识的，但认识是永无止境的。

由此可见，相对论对于经典物理学的影响并不是但看一方面就能下结论的，相对论对于经典物理学的利弊，笔者看来，两者都是科学发展的产物，二者相辅相成，对于人类科学发展都是不可或缺的。

由不同的研究方向出发，涉及的研究领域不同，需要的理论知识不同，所得出的研究结果也就不一样。不同的研究方法使得研究的进程不尽相同。对的研究方法使得研究的进程事半功倍，错误的研究方法使得研究的进程一拖再拖。同样的，所选择的理论知识的正确性对于研究结果的得出也是决定性的。正如上述所得，相对论对于经典物理学来说是某个研究领域的补充与拓展。比如在宏观低速的研究领域中，经典物理学能够很好的解决各种现实或者理想中的各种问题，但是到了微观高速的研究领域中，经典物理学的不足也就毫无保留的显现出来。这个时候，相对论对于经典物理学的补充与拓展的作用也就显现出来了。由此我们可以得出，相对论并不是对于经典物理学的推翻与代替，而是对于经典物理学的补充与拓展。相对论使得经典物理学充分认识到自己的不足之处，并且对经典物理学做出来恰到好处的改进与完善。由此可见，相对论对于经典物理学的影响就像是一把双刃剑，在某个角度看来，相对论使得经典物理学的理论知识在人类的研究中不再使用，而从另外的角度来看待两者之间的关系的话，相对论对于经典物理学的发展与进步也起到了一定的推动作用。

因此，我们应该正确地、辩证性地来看待两者的关系，只有这样，才能做出明智的选择。

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