水星轨道异常,经典力学无法解释,爱因斯坦出手完美解决

两天前我写了《计算出来的行星--海王星》一文。在该文中说到由于海王星是人类利用牛顿经典力学计算出来的,因此这一成就直接将牛顿万有引力定律推向了顶峰。但这一喜悦并没有持续多久,仅仅十几年后,牛顿力学便再一次面临了挑战。这一次,是水星出问题了。

水星轨道异常,经典力学无法解释,爱因斯坦出手完美解决

水星 来自网络

水星的轨道并不是一个标准的圆,而是有一定的轨道偏心率。同时它也不是一个完全封闭的椭圆。由于其他行星特别是金星、地球、火星、木星等的影响,每转一圈它的长轴也会有一定的变化。这个长轴的变化,就被称作水星进动。法国天文学家勒维烈,也就是上文中计算出海王星的那位伟大的天文学家发现,实际测得的水星进动速率是每一百年1度33角分20角秒,但考虑了太阳系中所有影响因素后根据牛顿万有引力定律计算出的结果却是1度32角分37角秒。虽然每一百年才差了43角秒,但这已经是不允许忽略的问题了。

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水星进动示意图 来自网络

由于之前海王星的发现像一个传奇一般震撼了许多人,因此,这一次没有多少人怀疑牛顿力学的权威性了。人们提出了诸多的假说,诸如星际物质等等,但都有一些不完善的地方,不能完全合理的解答这个问题。影响最大的猜想是“火神星”猜想。

“火神星”猜想是指水星轨道以内可能还存在另一颗未被发现的新行星。正是由于这颗行星的存在,使得水星进动的测量值与理论值不符。甚至还有人进行了详细地计算和观测。不过这一次勒维烈没有那么幸运了。从那之后的近百年,人们始终没有找到火神星。这个问题也就成了未解之谜了。包括后来电磁理论发展起来后,人们曾试图利用电磁理论来解决这一问题,但也没能成功。直到爱因斯坦的出现。

水星轨道异常,经典力学无法解释,爱因斯坦出手完美解决

时空弯曲示意图 想象一下向重物旁边扔一个小球,小球怎样绕重物运动?

1916年,爱因斯坦的广义相对论横空出世,成功解决了这个困扰人类近百年的问题。在广义相对论中,爱因斯坦认为物体可以使周围的时空弯曲。而水星由于距离太阳近一些,因此受太阳所产生的弯曲空间的影响是最大的。水星由于其公转轨道是椭圆形的,因此在近日点与远日点受到的影响是有区别的。这种情况用语言不是很好描述,大家把一个柔软平面想象成一个二维空间,把重物压在上面发生凹陷想象成空间弯曲,这时如果向重物侧面附近扔一个小球,小球会呈椭圆形绕重物运动,并且其轨线的轴也在缓慢变化。

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该动图最直观地展现了这种进动现象 来自网络

受本人知识限制,就不给大家上公式了,要不自己也无法解释就贻笑大方了。总之根据广义相对论计算出的结果与牛顿万有引力计算出的每百年差值为43.03秒!!!与观测结果比较可以说十分吻合。这也反之成为了广义相对论一个有力的佐证。


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