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爱因斯坦的广义相对论是怎么被证明的
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推荐答案 2016-03-09
广义相对论是爱因斯坦在1915年提出来的一个精确描述牛顿万有引力的理论。这个理论比牛顿万有引力更加优美,也更加精确。
当时正值第一次世界大战期间,爱因斯坦在德国提出了这个理论。
因为这个理论可以解释水星近日点的进动,所以大家对这个理论还是有点相信的,但物理学家需要找到更多的证据来判断此理论是否正确。(进动,一个自转的物体受外力作用,导致其自转轴绕某一中心旋转,也叫做旋进。)
星光偏析实验
于是,1919年,第一次世界大战结束的时候,马上有几个英国物理学家投入到了检验广义相对论理论的实验之中,这个实验就是星光偏折实验。
星星,在夜空中眨着眼睛。其实,这些我们人类肉眼能看到的星星,至少离我们地球有几光年甚至更远。
那么远的距离,对地球人来说,星星发过来的光就是一束平行光线。但是,因为地球是在太阳的引力场中运动的,所以我们可以使用广义相对论的语言:这束平行光线也是一根“类光测地线”。因为广义相对论使用的数学工具是微分几何学,所以测地线的方程很容易用微分几何的语言写出,因此可以从数学的角度来描述星光在引力场中的运动轨迹。
那么,星光偏折又是怎么回事情呢?
原来,在广义相对论中,引力场的存在被等价为时空的弯曲,所以,光线在太阳的引力作用下走出来的这条“类光测地线”在空间上看起来就是弯曲的——这非常像一根筷子插在有水的杯子里,在水面附近筷子好像折断了,这是光的折射现象。星光偏折也类似一种光的折射现象。
那么,如果物理学家能测量出星光被太阳的引力场偏折了多少,就可以来检验爱因斯坦的广义相对论到底正确不正确了。
在日全食下观测星光偏折
当时相信爱因斯坦广义相对论的物理学家凤毛麟角,很多人不懂他的理论,因为这个理论对数学要求太高,而且在物理上很反传统。所以,1919年,这个实验刚开始的时候,很多外行物理学家对实验能结果的看法可谓莫衷一是。
这个实验应该怎么做呢?
我们可以把地球绕太阳的运动看成一个椭圆,那么,某颗恒星与地球的连线交这个椭圆于两个点,我们可以在这两个点上拍摄星星的照片,然后把这两张照片进行对比。(这两点,一个点是地球在太阳与恒星之间,另外一个点是太阳在地球与恒星之间,位置关系是不同的。)
当太阳在地球与恒星之间的时候,太阳光线太亮,恒星发的光会被太阳光淹没,根本就测不出来。所以,需要找到日全食的时候,这个时候太阳光不见了,恒星发的光可以在地球上拍照拍出来。
为了进行1919年的日全食观测,英国的物理学家们共准备了三架望远镜,包括两架10英寸口径的,一架4英寸口径的备用望远镜。
爱丁顿带领的剑桥大学小组在非洲西岸的普林西比岛(Principe)使用一架10英寸的,克罗姆林带领的格林威治天文台小组在巴西的索布拉尔(Sobral)使用另两架。
由于云彩的影响,爱丁顿小组获得的数据不多,只有两张可用的底片。而且,因为当地轮船公司即将罢工,他们只好提前离去,所以他们缺乏在当地拍摄的同一高度同一天区的对照底片。最后爱丁顿拍了一张另一天区的照片,然后在英国拍摄对照底片。
克罗姆林小组的10英寸望远镜是在夜间对好焦距的。当早晨发生日食时,由于温度已经升高,热胀冷缩导致望远镜对焦不准,因此星象大多不清晰。
4英寸望远镜得到的底片效果则比较好。4英寸望远镜底片上共有7颗可用恒星,得到的偏折角是1.98 角秒;爱丁顿小组10英寸望远镜上有5颗可用星,得到的结果是1.61 角秒。这两组数据是当时爱丁顿等人公布的数据,具体数据到底有没有被动手脚,科学史上存在一定的争议。
根据广义相对论,远处恒星发出的光线经过大质量的天体如太阳时,由于引力的作用将发生偏折;日全食期间,太阳被遮蔽,这时拍摄的恒星,与平时在夜间拍摄的同一天区的恒星进行比对,会发现星体的位置发生变化。
实际测量的时候,不同的恒星偏折角不同。通过数据拟合,给出在太阳边缘处的偏折角。在建立完整的广义相对论后,爱因斯坦计算发现在太阳边缘处星光的偏折角是1.74角秒。
所以,爱丁顿等人公布的数据与爱因斯坦计算出来的数据是接近的。这意味这什么?
这意味这爱丁顿等人的实验是支持广义相对论的。
这对爱因斯坦后来在全世界声名鹊起,起到了十分重要的作用。后来有人还把这个事情拍摄成一部电影,叫做《爱因斯坦与爱丁顿》。
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第1个回答 2016-03-09
1919年,第一次世
界大战结束的时候,马上有几个英国物理学家投入到了检验广义相对论理论的实验之中,这个实验就是星光偏折实验。
星星,在夜空中眨着眼睛。其实,这些我们人类肉眼能看到的星星,至少离我们地球有几光年甚至更远。
那么远的距离,对地球人来说,星星发过来的光就是一束平行光线。但是,因为地球是在太阳的引力场中运动的,所以我们可以使用广义相对论的语言:这束平行光线也是一根“类光测地线”。因为广义相对论使用的数学工具是微分几何学,所以测地线的方程很容易用微分几何的语言写出,因此可以从数学的角度来描述星光在引力场中的运动轨迹。
在广义相对论中,引力场的存在被等价为时空的弯曲,所以,光线在太阳的引力作用下走出来的这条“类光测地线”在空间上看起来就是弯曲的——这非常像一根筷子插在有水的杯子里,在水面附近筷子好像折断了,这是光的折射现象。星光偏折也类似一种光的折射现象。
http://wenku.baidu.com/link?url=2fCv5AUBjGb_RhJ_O7VnQWn-EZ0pl24oHy3pKjZy21vL7wGtuk4DpI56LMk4_VcENtMiEVFL9cVtsmjoHLXoTVS8ZFo9a7amt5eBuUR3i63
http://www.ithome.com/html/discovery/179036.htm
第2个回答 2021-04-06
爱因斯坦的广义相对论到底是什么理论?
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爱因斯坦的广义相对论是怎么被证明的
?
答:
因为广义相对论使用的数学工具是微分几何学
,所以测地线的方程很容易用微分几何的语言写出,因此可以从数学的角度来描述星光在引力场中的运动轨迹。
爱因斯坦是如何
验证
广义相对论的
?
答:
验证广义相对论的实验有三个,
水星剩余进动、光线弯曲和引力红移
。这三个实验对于广义相对论的验证起到了至关重要的作用,因而被称为广义相对论的三个经典实验。爱因斯坦继续运用归纳法,将不同概念的引力质量和惯性质量的表观等价提升为等效原理,规定这两个概念是完全相同的。于是作为物理对象的物质与作为...
广义相对论是如何被证明的
?
答:
只有观测值在容许的误差范围内与爱因斯坦的预言符合,才能说观测结果支持广义相对论
。20世纪60年代初,有一种新的引力理论——布兰斯-迪克理论(Brans-Dicke Theory)也预言星光会被太阳偏折,偏折量比广义相对论预言的量小8%。为了判别广义相对论和布兰斯-迪克理论哪个更符合观测结果,对观测精度就提出了更...
1.
爱因斯坦广义相对论
得到哪四项试验验证?2.哥白尼到牛顿的天文学革命是...
答:
广义相对论
认为,光线在引力场中传播时,它的频率会发生变化.当光线从引力场强的地方则如太阳附近)传播到引力场弱的地方(例如地球附近)时,其频率会略有降低,波长稍增,即发生引力红移.当光线反向传播时,频率增加,波长变短,即发生引力蓝移.
爱因斯坦
在1911年计算出,从太阳射到地球的光线的相对...
爱因斯坦的相对论
有人
证明
了吗
答:
这是人类首次直接探测到引力波,至此
爱因斯坦广义相对论
提出的所有预言全部被证实。其它:自1971年第一台对撞机诞生以来,没有任何一台对撞机能将重子加速到100%光速;在对撞机中以接近光速飞行的π介子半衰期比静止的π介子长;广义相对论描述的地球轨道近日点位移为每100年3.84弧秒,金星的则为8.62弧...
爱因斯坦
预言的三个检验
广义相对论的
实验是什么?
答:
在
广义相对论
建立之初,
爱因斯坦
提出了三项实验检验,一是水星近日点的进动,二是光线在引力场中的弯曲,三是光谱线的引力红移。其中只有水星近日点进动是已经确认的事实,其余两项只是后来才陆续得到证实。1、水星近日点进动 1859年,天文学家勒威耶(Le Verrier)发现水星近日点进动的观测值,比根据牛顿...
爱因斯坦相对论的
证据是什么?
答:
很容易用两个精辟的语句来阐述这个理论的基本精髓:“物质和能量告诉时空如何弯曲,时空的弯曲告诉物质如何运动”,但实际的力学需要10个方程来描述,每一个方程都非常困难,并且与其他方程高度相关。[
爱因斯坦的广义相对论
:一个简化的解释]作为一个好的怀疑论者,我们不应该一开始就相信这种数学上的纠结,...
爱因斯坦的
什么理论被人认为是
广义相对论
?
答:
在广义相对论中,最核心的理论是时空变形的理论,时空变形的理论是广义相对论中的核心内容。
爱因斯坦
一代的科学家认识到了
广义相对论的
存在,并且在以后的年代里由后人进行不停的探讨和论证,终于人类证实了广义相对论的存在。在宇宙中,所有物变程序的存在都会引发时空变形,不引发时空变形的物变程序是不...
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爱因斯坦广义相对论证明
广义相对论什么时候被证明的
按照广义相对论爱因斯坦
爱因斯坦广义相对论时间
爱因斯坦广义相对论公式
广义相对论爱因斯坦三个重要效应
爱因斯坦广义相对论原理包括
爱因斯坦怎么发现相对论
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