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相对论是20世纪最伟大的物理学理论之一,由阿尔伯特·爱因斯坦提出。它包括狭义相对论和广义相对论两部分,彻底颠覆了牛顿的绝对时空观念,揭示了时间、空间、物质和能量之间的深刻联系。
狭义相对论建立在两个基本原理之上。第一个是相对性原理,即所有惯性参考系中的物理定律都是相同的,不存在绝对静止的参考系。第二个是光速不变原理,真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定的,约为每秒三十万公里。
狭义相对论预言了三个令人震惊的效应。首先是时间膨胀,高速运动的时钟会比静止的时钟走得慢。其次是长度收缩,高速运动的物体在运动方向上会变短。最后是质能等价,质量和能量可以相互转化,这就是著名的E等于mc平方公式。
广义相对论提出了一个革命性观点:引力不是一种力,而是质量和能量导致时空弯曲的结果。想象时空像一张弹性床单,大质量天体会使床单凹陷,其他物体就沿着弯曲的时空运动。这个理论成功预言了黑洞、引力波等奇异现象。
相对论不仅是理论物理的瑰宝,更在现代科技中发挥着重要作用。GPS卫星定位系统必须考虑相对论效应才能精确定位。核能发电利用了质能等价原理。粒子加速器的设计离不开相对论。最近引力波的成功探测更是验证了广义相对论的正确性。