爱因斯坦的相对论和牛顿的万有引力理论哪个更正确?

无论是爱因斯坦的相对论还是牛顿的力学理论其实都是对的,或者说它们都是主流的科学理论,如果非要说它们的区别是什么,那就是相对论的适用范围更广。

牛顿力学

科学理论的发展非常依赖观测技术。道理非常简单,因为科学之所以可以从自然哲学演化而来,就在于科学区别于哲学的是注重“实证和观测”,有个著名的牛顿烈焰激光剑理论,就是后来总结牛顿工作方法提出的,

所有不能进行实验和观测的东西都不值得辩论。

观测是实验的基础,或者说实验是要基于观测的。一个理论是不是能够成为主流理论就在于它是不是经受得起实验的考验。从这里,我们就会发现,一个理论太超前根本无法成为主流理论,因为实验根本验证不了,如今的超弦理论就是这样,观测仪器本身的误差比观测对象还要大出好几个数量级,所以,根本无法验证超弦理论到底对不对。

而牛顿的理论其实也是基于他的时代的观测手段,那时候科技水平比较落后,观测水平大概就维持在地月系统以内,看得再远很难。在小尺度上,连分子的水分都到不了。因此,牛顿的理论是建构在宏观低速的世界当中,也就是人类日常生活的尺度内。在这个尺度内,牛顿力学是十分准确的。

相对论

但是,随着科技的进步,人类开始研究“光速”了,也会研究引力特别大的情况,这都属于大尺度;在小尺度上,人类开始可以直接或者间接观测到微观世界(尤其是到了亚原子级的世界)的物理学现象了。

科学家第一反应是拿旧有的理论,也就是牛顿力学去适配。但这时候,他们惊讶地发现,无论是在大尺度上,还是在小尺度上,牛顿力学都不太好使了。说白了就是牛顿力学解释现象时,误差开始变得大到无法接受的程度,这时候就需要新理论来补充,相对论和量子力学也就是在这个时候应运而生的。

但是新理论并不是只解释大尺度或者小尺度上的物理学现象,他们同时还要兼容旧有理论(牛顿力学),所以,牛顿力学可以认为是相对论和量子力学在宏观世界的近似解。

当然,光说不练没有用的,我们可以举个具体的例子,比如:有辆小车向左匀速10m/s在移动,而车上有个小人,以5m/s向左移动(假设车子足够长),请问一个地面观察者看到的人的速度是多少?(图如下所示)

很多人会觉得这就是一道超级简单的题目,我们可以直接用10+5=15m/s,这其实就是牛顿世界观下的算法。

事实上,如果我们用爱因斯坦的相对论,以上是下面这样的公式去做速度叠加:

带入一算,你就会发现,结果也是约等于15m/s。不过,这个结果在小数点后15位左右和用牛顿世界观算下来的结果有差异。而事实其实更接近于相对论算出的结果。但是,小数点15位的差异,对于宏观世界而言,完全可以忽略不计了。这也是为什么我们说牛顿力学实际上是相对论在宏观低速下的近似解,(这是真的很近似,近似到仪器都很难侧得到)所以,我们才会觉得牛顿力学精准无比。

兼容性

说到这里,你也差不多明白牛顿力学和相对论之间的关系了。我们可以再举一个简单明了的例子,我们都知道三角形的内角合是180度,不过这个说法并不准确,如果注意初高中数学在用这个“说法”时,都有条件的,那就是在平面内。实际上,三角形内角合未必是180度,它可能大于180度,也可能小于180度,这取决于它在什么面上。牛顿力学就像是平面几何,而相对论更像是一个各种几何的几何。


那我们能说“平面几何”错了么?并不能,所以,牛顿力学并没有错。

那相对论就一定就会一直对么?其实也未必,它大概率会遭遇到与牛顿力学一样的宿命,当观测大幅度提升,在一些尺度下,相对论也会出现误差极大的情况,这时候就会需要一个实用性更广的理论了。

所以,按照目前的认知来看。牛顿力学在宏观低速的情况下是十分准确的,而相对论的适用范围更广,牛顿力学可以视为是相对论在宏观低速下的近似解。