相对论与生活中有关的现象有哪些（跑步机上运动）

爱因斯坦提出相对论至今已有100多年的历史。它经受住了实践和历史的考验，是人们普遍认可的真理。相对论对人类思想的发展、科学技术的变革和我们的生活都产生了巨大的影响。

人类以新的视野观察和认识世界

相对论是研究时间、空间和运动之间关系的理论体系的总称。它是过去100年来人类最伟大的两大理论之一（另一个伟大的理论是量子力学）。诺贝尔奖不足以评价伟大的物理学。如果真有上帝，上帝常说：“人类思考时，上帝会笑。”相对论诞生后，上帝改变了他的话：“人思考时，上帝就会惊慌失措。”

相对论是关于时空和引力的基本理论。根据研究对象的不同，可以分为狭义相对论和广义相对论。相对论在逻辑上统一了经典物理学，使之成为一个完善的科学体系。狭义相对论以狭义相对论为基础，将牛顿力学和麦克斯韦动力学两大体系统一起来。指出二者均服从狭义相对论原理，与洛伦兹变换协变。

牛顿力学只是低速运动物体的一个很好的近似定律。广义相对论在广义协方差的基础上，通过逻辑安排的等价原理，建立了局部惯性场和普遍参考系数问题。相对论严格地研究了时间、空间、物质和运动的基本概念，对时间、空间和物质给出了科学而系统的观点，使物理学在逻辑上成为一个完美的科学体系。

狭义相对论给出了物体高速运动的运动规律，并提出质量和能量是等价的。著名的质能关系e=MC2，可以用来计算核反应过程中释放的能量，从而导致原子弹的诞生。广义相对论建立了一个完善的引力理论，主要涉及天体。到目前为止，相对论宇宙学得到了进一步的发展，属于相对论天体物理学分支的引力波物理、稠密天体物理学和黑洞物理也取得了一些进展，吸引了许多科学家为之奋斗。

相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识”概念，提出了“同时相对论”、“四维时空”、“弯曲时空”等新概念。它发展了牛顿力学，把物理学提升到了一个新的高度。一位法国物理学家曾这样评价爱因斯坦：“爱因斯坦将站在我们这个时代物理学家的前列。他现在是，将来也将是人类宇宙中最耀眼的恒星之一。”，他可能比牛顿更伟大，因为他对科学的贡献将深入到人类思想基本要素的结构中。”

对称性原理对物理学的研究具有非常重要的指导意义。爱因斯坦最善于运用这一原理，整个相对论就是在这个基础上建立起来的。特别是在建立广义相对论的过程中，爱因斯坦也对广义相对论原理进行了创造性的发展。过去，它是实验→方程→对称，但爱因斯坦认为“这个链很有趣。从洛伦兹对称性以外的对称性推导出方程，然后用它来做实验，不是更好吗？爱因斯坦成功地实现了这种关系的反转。他说新的对称性是非欧几里德空间中引力场方程的协方差。

相对论的建立也将化学和生物学推向了一个新的高度。19世纪末，化学界取得了巨大的成就，但也遇到了很大的困难。主要原因是“原子不可分离，元素不可改变”的观念根深蒂固。20世纪物理学的革命从根本上改变了化学的基本概念，使化学获得了许多新的研究方法。物理学家提出的化学键理论和X射线衍射的应用，促进了结构化学的发展。20世纪以后，化学主要研究电子在分子和原子中的分布和运动，从而揭示物质的本质和化学变化的规律。

分子生物学创立于20世纪50年代，物理学对其形成和发展起着重要作用。X射线衍射的应用使分析生物大分子的晶体结构成为可能。特别是，薛定谔于1944年出版的《生命是什么》在思想上“唤起了生物革命”。本书用统计物理学的概念分析了生命现象，指出生命物质的运动必须遵循已知的物理规律。这促使人们用物理学的思想和方法去探索生命物质的运动规律。

科技和社会产生了诸多变革

一百年前，爱因斯坦发表了五篇划时代的物理学论文，奠定了相对论的基础，为量子理论的发展做出了重要的贡献。原子能、晶体管、计算机、激光、纳米材料、宇宙飞船、生命科学等20世纪重大发明都是爱因斯坦开创的现代物理学的结晶。

随着相对论和量子力学的建立，人类进入了信息时代。固体物理学已有几百年的历史。直到20世纪初，X射线衍射才被发现，并提出了金属的自由电子理论和能带理论。20世纪30年代以后，量子力学成为研究固体物理性质、微观结构和内部运动的学科。近年来，固体物理学的研究对象已从晶体扩展到非晶体和物体表面，因此又改名为凝聚态物理。半导体材料、磁性材料和纳米材料是其研究的主要对象，为计算机的诞生和发展奠定了科学的技术基础。

电路板

信息革命始于20世纪40年代，以计算机的出现为标志。从1904年二极管的发明到1946年世界上第一台电子管计算机的成功研制，是信息技术史上的“电子管时代”。随着1947年半导体晶体管的问世，信息技术的历史进入了晶体管时代。此后，集成电路的发明打破了传统的电路与元器件分离的概念，使电子设备小型化。超大规模集成电路（VLSI）在经历了大规模集成电路（LSI）阶段后，得到了迅速的发展。计算机是由这些物理元素组成的信息处理机。

以激光发明为标志的光电子技术使信息技术达到了一个新的水平。电子的速度比它的电子信息快三个数量级。随着光子集成电路的出现，计算机的发展将更加迅速，应用前景将更加广阔。前两次工业革命扩大了人体的功能，而这一次工业革命扩大了人脑的功能。因此，信息革命是一场更为深刻的革命。

20世纪初，爱因斯坦的科技文化思想开始动摇。以网络信息技术为例。由于数字技术的应用，人类的观念和生活方式发生了巨大的变化。可以说，计算机、信息网络技术已经影响到当今思想文化的各个角落。更不用说数码技术已经改变了几百年的印刷技术，几千年来改变了笔和纸的书写。现在，文化交流、知识和信息传播甚至已经到了用手指点击互联网的地步。这与过去山水相连、艰难险阻的局面大不相同。

相对论与我们的生活息息相关

虽然大多数人还不知道什么是相对论，但事实上，相对论已经直接或间接地影响了整个人类社会，影响了我们每个人的生活。1919年，爱因斯坦在与儿子埃德瓦的谈话中说：“当甲虫在弯曲的树枝上爬行时，它不会注意到树枝是弯曲的。我很幸运地意识到甲虫没有注意到的东西。”爱因斯坦的意识改变了世界将近100年，而且还在继续变化。

GPS导航系统现在是一个常见的功能，随处可见。也许每辆车都有汽车导航系统，几乎所有的智能手机里都安装了导航模块。如果没有相对论，导航系统就会有大问题。

爱因斯坦指出：“传统的时间概念只能在简单的条件下确定。当各种因素暂时联系在一起时，传统的计时方法就行不通了”，根据相对论，卫星上的时钟会比地面上的时钟快，每天大约快38微秒（0.000038秒）。如果不加以修正，GPS导航系统每天累积的误差将超过10公里（这个误差是垂直的，而不是水平的）。如果军方用它来导航导弹，那将是一个大问题。因此，在发射GPS卫星之前，首先要将其时钟的移动频率降低44.65×100亿分之一，并将10.23兆赫调至10.2299999543兆赫。这些数字只有用相对论才能如此精确地计算出来。

相对论在我们日常生活中的应用远不止这些。卫星上的时间加速只是相对论无数推论之一。通过相对论，我们可以精确地计算出卫星上的时钟和地面上的时钟之间的误差。相对论也有很多推论，从推测水星的轨道和日全食时恒星的位置到推断太阳的过去和未来，甚至宇宙的过去和未来。

此外，在医院放射科，大多有一个核磁共振机器，它能产生高能粒子，产生用于治疗或放射治疗的同位素。氟脱氧葡萄糖的合成就是一个典型的例子。由于粒子的速度接近光速，在设计和使用粒子加速器时必须考虑相对论效应。过渡金属（如铂）的内部电子运行速度很快，因此在设计或研究新型催化剂时，有必要考虑相对论性对轨道能级的影响。