钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!

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深层解读暗能量,真空中蕴藏着超乎我们想象的能量?

仰望星空,穿过层层蔽障来透视宇宙,当我们把所有的星系、恒星、气体、尘埃、暗物质以及所有其他形式的物质和辐射加在一起,其总能量与暗能量相比仍然相形见绌。言下之意:真空中拥有的能量比宇宙中其他形式的能量总和要多的多的多!那么我们想问:宇宙你到底怎么了?

  1905年,爱因斯坦揭晓了狭义相对论。爱因斯坦行使
归纳的方式,将光速稳定征象提升为光速稳定原理,从而以为所有的参照系都具有相同的物理意义。
为了实现这一点,爱因斯坦修改了长度、时间和质量的观点,使这些原本稳定的观点随着物体运动速率的提高而发生了响应的转变。   不外,狭义相对论只是一个
不完整的物理理论。由于,在现实天下,不仅具有速率,而且另有加速率;不仅存在着作为物理靠山的空间,而且空间的漫衍还受到了物质的影响。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   于是,爱因斯坦继续运用归纳法,将差别观点的引力质量和惯性质量的表观等价提升为等效原理,划定这两个观点是完全相同的。
于是,作为物理工具的物质与作为物理靠山的空间确立起了有机的联系。空间可以影响包罗光子在内的任何物体的运动行为,而物质也可以使空间发生几何弯曲。由此,使人类的熟悉发生了伟大的转变,由原来机械的天下观转变为几何的天下观。   
这现实上是使人类的熟悉,发生了花样塔的转变。对于这一转变,人们需要由实验来予以证实和推动的。早期,验证广义相对论的实验有三个,它们是水星剩余进动、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。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   水星与太阳   水星是距离太阳最近的行星,而且具有较大的偏心率,即椭圆轨道的最短距离与最长距离的比值较小。
天文学家们早在十九世纪初就发现水星每绕太阳一圈,其最长距离与太阳的连线会前进一个角度。在物理上,该角度被称为进动。经由对历史观察资料的统计,发现水星每世纪有5600秒的进动。凭据经典力学的盘算,将种种天体对水星摄动所发生的进动清扫之后,意外地发现另有43秒的进动无法获得注释。这就是著名的水星剩余进动。   那时经典力学正处于壮盛时代,无数科学家们希望以此为契机,再次做出重大的发现。
于是,在这之后几十年的时间里,科学家们陆续提出了上百个发生这43秒进动的物理因素,好比存在小行星和太阳扁率等。然而,这些理论,要么不能独自注释水星的43秒进动,要么该注释还会进一步要求金星和地球等行星也发生显著的进动,而这是与现实的观察所不相符的。于是,这一寻找注释水星剩余进动的事情陷入了逆境之中。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   于是,作为一个新的物理理论,广义相对论首当其冲的,就是要解决水星剩余进动的问题。最初,由于盘算错误,爱因斯坦在广义相对论中得出的水星进动只有43秒的1/3。然而,功夫不负有心人,爱因斯坦于1916年终于盘算出了43秒的水星进动。于是,
水星剩余进动实验被以为是广义相对论获得验证的第一个实验。   不外,事情并不那么简朴。那时,有科学家提出,即然引起水星进动的缘故原由是多种多样的,为什么水星剩余进动的43秒不是两种以上的因素复合发生的呢?好比,美国物理学家迪克于上个世纪60年代提出了新的物理理论,可以注释40秒的水星进动。于是,若是太阳的扁率只要能够每世纪发生3秒的进动,就证实迪克的理论是准确的。不外,此时已为时已晚,广义相对论已经取得了靠山理论的资格,其职位已不容摇动。而且,
科学家们推行奥卡姆剃刀原则,能够用一个理论说明的,就不需要多个理论予以注释。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   没有太阳的天空   光线弯曲是爱因斯坦真正预言的第一个实验,也是使广义相对论获得认可的要害实验。该实验的原理是,借助
日蚀在太阳的一侧拍摄一张照片,将太阳靠山后面的种种星光拍摄下来。然后,再等半年的时间,当地球转到了太阳的前面,在没有太阳的情况下,对着统一天区再拍摄一张照片。将两张照片相互比对,把统一星光在差别照片上的位移记录下来。若是,
光线经由太阳确实发生了弯曲征象,则每一个星光都市向中央的位置有一个位移。   现实上,这个实验是异常难做的,不仅需要借助日蚀拍摄,而且为制止日冕的影响,
只能选取距离太阳较远的星光(10个太阳直径以外的距离),然则又不能太远(20个太阳直径以内的距离),否则的话,

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光线弯曲的效应太小,被其他靠山因素所掩饰。   于是,
实验得出的效果,并不是直接的数值,而是一堆需要统计的数据。对于这些数据的统计有两种差别的做法,其一是
绝对法,即直接统计两张照片上的差异;其二是
相对法,即假定在照片边缘的星光是没有位移的。然而,现实观察到的图像显示是有位移的,需要将边缘的星光位移调整为零。之后,再凭据调整的尺度,依次调整其他星光的位移。之以是要这么做的缘故原由,是由于乳胶照片在干的过程中,会向中央缩短发生星光的位移,需要将此因素通过相对法予以清扫。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   不幸的是,上述两种统计效果是不一样的,至少相差10%以上。然而,幸运的是,举行该实验的主持人,是大力支持广义相对论的爱丁顿。于是,经由统计和修正的实验效果基本上相符爱因斯坦的预言;于是,广义相对论被以为获得了验证。而且,
由于光线弯曲与人们原有的直线运动形成了鲜明的对比,从而使爱因斯坦一夜成名。   现实上,
面临统一个实验,可以有多种理论予以注释。光线弯曲真正的意义并不在于详细的数值,而是在看法上认可光的粒子性,认可光也是具有质量的。在广义相对论提出之前,人们并没有想到光线可以被物质吸引,发生弯曲征象。现实上,
只要把光看成有质量的粒子,牛顿的万有引力也同样可以盘算出光线弯曲效应。   只是,那时的盘算仅思量了引力的
横向效应,因而只有广义相对论预言的一半,使光线弯曲实验具有了判别作用。然而,若是进一步思量引力的
纵向效应,将引力场视为密度较小的介质空间,则越是靠近引力场,光的等效速率就越大;反之,越是脱离引力场,则光的等效速率就越小。于是,会发生类似折射效应(引力透镜效应),使万有引力盘算的效果与广义相对论是
完全一样的,都是1.75秒的弯曲度。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   引力红移是广义相对的第三个经典实验,也是最不顺遂的实验,由于这一效应实在是太小了,只有百万分之一的量级。其基本原理是,每一个原子的光谱都是相同的。因此,我们可以凭据光谱来判断太阳上的元素是什么。
由于引力场的作用,当光子脱离太阳时,需要战胜太阳的引力,使光子的能量部分地转移给了空间,以是光子的频率降低了,这就是引力红移征象。   这一实验最初是对太阳举行观察的,其效果是不利于广义相对论的。厥后,又陆续举行了多次观察,然则观察的效果始终都不理想。最后,把该实验搬到了质量较大的白矮星上。不外,质量虽然大了,可以获得较大的红移量。然则,新的问题又发生了。
距离的遥远,使得其他的物理参数变得不那么确定了。
钢铁的宇宙,广义相对论的三个经典实验:有力地验证了它的正确性!   白矮星   好比,
白矮星的质量和速率以及光线远距离流传对光的频率的影响,都具有一定的不确定性。此实验一直连续到了上世纪60年代,在爱因斯坦已经去世以及广义相对获得普遍认可的情况下,总算是验证了广义相对论。   通过以上的先容,我们可以看出,
实验的验证作用是受到限制的,并不具有绝对性。首先,由于超出宏观局限,
受到了未知因素的限制。在我们把所有的未知因素所有逐一清扫之前,实验是无法绝对地验证理论的。其次,
受到了其他理论的限制,统一个实验可以由多个差别的理论予以注释。以是,实验只能辅助我们选择理论,但却无法证实理论的准确。   因此,
实验与理论是相辅相成的关系。若是两者相互互为促进,则理论处于提高的状态;反之,则理论处于退步的状态,需要由新的理论予以取代。

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