爱因斯坦7个预言

1光线偏折


几乎所有人在中学里都学过光是直线传播,但爱因斯坦告诉你这是不对的 。光只不过是沿着时空传播,然而只要有质量,就会有时空弯曲,光线就不是直的而是弯的 。质量越大,弯曲越大,光线的偏转角度越大 。太阳附近存在时空弯曲,背景恒星的光传递到地球的途中如果途径太阳附近就会发生偏转 。爱因斯坦预测光线偏转角度是1.75″,而牛顿万有引力计算的偏转角度为0.87″ 。要拍摄到太阳附近的恒星,必须等待日全食的时候才可以 。机会终于来了,1919年5月29日有一次条件极好的日全食,英国爱丁顿领导的考察队分赴非洲几内亚湾的普林西比和南美洲巴西的索布拉进行观测,结果两个地方三套设备观测到的结果分别是1.61″±0.30″、1.98″±0.12″和1.55″±0.34″,与广义相对论的预测完全吻合,爱因斯坦因此名声大噪 。这是对广义相对论的最早证实 。70多年以后“哈勃”望远镜升空,拍摄到许多被称为“引力透镜”的现象,现如今也几乎是路人皆知了 。




2水星近日点进动


一直以来,人们观察到水星的轨道总是在发生漂移,其近日点在沿着轨道发生5600.73″/百年是“进动”现象 。而根据牛顿万有引力计算,这个值为5557.62 ″/百年,相差43.11″/百年 。虽然这是一个极小的误差,但是天文是严谨的,明明确实存在的误差不能视而不见 。很多科学家纷纷猜测在水星轨道内侧更靠近太阳的地方还存在着一颗行星影响着水星轨道,甚至已经有人把它起名为“火神星”(N年之后居然还有中国学者管这个不存在的行星叫“祝融星”) 。不过始终未能找到这颗行星 。1916年,爱因斯坦在论文中宣称用广义相对论计算得到这个偏差为42.98″/百年,几乎完美地解释了水星近日点进动现象 。爱因斯坦本人说,当他计算出这个结果时,简直兴奋地睡不着觉,这是他本人最为得意的成果 。


爱因斯坦7个预言






3引力钟慢


同样还是时空弯曲的结果 。前文讲到的都是空间上的影响,不论光还是水星都是在太阳附近弯曲的时空中运动 。既然被弯曲的是时空,自然要讲时间的变化 。广义相对论中具有基石意义的等效原理认为:无限小的体积中均匀的引力场等同于加速运动的参照系 。而在引力场中引力势较低的位置,也就是过去我们所学的离天体中心越近,引力越大,那么时间进程越慢,物体的尺度也越小 。讲通俗一点,拿地球举例,站在地面上的人相比于国际空间站的宇航员感受到的引力更大,引力势更低(这是比较容易理解的),那么地面上的人所经历的时间相比于宇航员走地更慢,长此以往将比他们更年轻!这项验证实验很早就做过 。1971年做过一次非常精确的测量,哈菲尔(J.C.Ha1ele)和基丁(R.E.Keating)把4台铯原子钟分别放在民航客机上,在1万米高空沿赤道环行一周 。一架飞机自西向东飞,一架飞机自东向西飞,然后与地面事先校准过的原子钟做比较 。同时考虑狭义相对论效应和广义相对论效应,东向西的理论值是飞机上的钟比地面快275±21纳秒(10-9s),实验测量结果为快273±7纳秒,西向东的理论值是飞机上的钟比地面慢40±23纳秒,实验测量结果为慢59±10纳秒 。其中广义相对论效应(即引力效应)理论为东向西快179±18纳秒,西向东快144±14纳秒,都是飞行时钟快于地面时钟;但需要注意的是,由于飞机向东航行是与地球自转方向相同,所以相对地面静止的钟速度更快,导致狭义相对论效应(即运动学效应)更为显著,才使得总效应为飞行时钟慢于地面时钟 。

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