驗證相對論很難?這四種驗證方法普通人都能懂

愛因斯坦的廣義相對論極其複雜,號稱提出來時全世界能看懂的人不超過十個。其實也不是說看不懂,只是實在是石破天驚,與當時的大時代完全脫節了。步子跨大了,叫做引領時代,步子跨得太大了,卻容易扯到蛋,當時就一群人覺得愛因斯坦在扯淡。然而,愛因斯坦提出了三大驗證實驗,均被一一認證,後期又被驗證引力時間延遲效應,從而奠定了一代大神的寶座。

驗證相對論很難?這四種驗證方法普通人都能懂

1、水星近日點進動

我們知道水星(包括地球)繞太陽運動軌道是橢圓形的,距離太陽最近的點為近日點。因為受到其他行星的影響,水星的近日點會發生進動現象。水星近日點的進動一直讓科學家們摸不著頭腦,根據牛頓的理論計算的值與實際的觀測值,偏差在每百年43"。(一百年才出現43"的誤差,科學家們果然細察入微...)這個偏差如同一朵烏雲,籠罩在物理學天空。

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愛因斯坦提出相對論驗證三大實驗,第一個被驗證的就是水星近日點的進動偏差。根據愛因斯坦“冥想”出來的理論,科學家們一通計算,完美!算出來的誤差量一絲不差,這一直接將牛頓拉下神壇的實驗,使得愛因斯坦一下子被推到了物理學的風口浪尖。

2、引力紅移

許多人一聽這個名詞,一頭霧水。這裡簡單解釋一下,我們知道光會被色散成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種可見光,那麼這個順序是怎麼來的呢?是按光的頻率來排的(光是一種波,頻率越快,說明振動越快,能量越高,所以紫外線能殺毒),從左往右,頻率依次增加。那麼“紅移”的意思就是頻率變小的意思。所以“引力紅移”的意思就是,強大的引力會導致電磁波頻率變小(光就是一種電磁波)。

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這個實驗當年根本沒有辦法被驗證,因為人們無法找到頻率能夠被非常精確測定的電磁波輻射源,但這並不妨礙人們想證明它的理想。在1959年,穆斯堡爾效應被發現,從而使得實驗具備了條件。

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穆斯堡爾

二十世紀六十年代,龐德、雷布卡和斯奈德成功定量驗證了引力紅移,得出的結果與相對論的理論計算值完全符合。

3、光線在引力場中的偏折

這個很好理解,不是說萬有引力嘛?光也是物質啊,也會受到引力的影響而發生偏折。相信大家都一定聽過黑洞,黑洞就是周圍的光都被黑洞強大的引力給困住了,逃不出來!

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黑洞

一般的小物體對光的影響實在是太弱了,必須要質量非常大的物體,才能產生足夠讓光線偏折的引力。牛頓一開始就相信光的粒子說,所以根據萬有引力,的確能算出來偏折量,但算出來的值與愛因斯坦的理論計算值差了一半。所以到底誰是對的呢?

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光線受太陽影響發生偏折


人們把目光瞄準了太陽,1919年5月29日,日全食降臨,這可是千載難逢的實驗條件!A.S.愛丁頓和F.戴森率領的兩個探測小組分別去了西非和巴西兩地,拍攝了大量的日全食發生時太陽附近的星空照片,然後兩地的圖一比較,得到了光線的偏折值,雖然精度不太高,卻再次完美驗證愛因斯坦的相對論。

4、引力時間延遲效應

這一實驗其實與光線受到引力發生偏折差不多,只是不僅會發生偏移,而且光的速度也會減小!於是一個實驗被假想出來:分別往金星和水星發射電磁波,電磁波會反射回來,當地球、太陽和金星在同一條直線上時,如果相對論是正確的,那麼兩者的電磁波應該會存在時間差,大小為200ms。

驗證相對論很難?這四種驗證方法普通人都能懂

實驗在麻省理工學院進行,與理論計算值誤差在5%之內,再一次驗證了愛因斯坦相對論是正確的。


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