江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

天文在线|为何说100年以前的一场全日食证明了爱因斯坦对了而牛顿错了

一场发生在1919年5月29日的全日食 ， 给了牛顿宇宙体系致命一击 。
1919年5月29日 ， 世界永远地改变了 。 几百年来 ， 艾萨克·牛顿的引力理论——宇宙引力的法则 ， 从未被挑战过 ， 因为它的预测符合每一个已做过的观测和测量 。 然而牛顿对水星轨迹的预测却和十九世纪中期天文学家们看到的水星所表现出来的不一样 ， 科学家们也不知道该怎么解释这个差异 。
天文在线|为何说100年以前的一场全日食证明了爱因斯坦对了而牛顿错了
文章图片
也许 ， 我们还是需要修改引力法则 。 当狭义相对论提出时 ， 证据增加了 。 它证明不存在绝对距离这种东西 。 牛顿的理论预测存在瞬时力 ， 这与相对论相违背 。 1915年 ， 埃尔伯·爱因斯坦提出了一个替代万有引力的新理论：广义相对论 。 测试广义相对论与牛顿的理论相对的方法就是等待一场全日食 。 100年以前 ， 爱因斯坦被证实是对的 。 以下为证明方法 。
像全日食这样的大事件能够为爱因斯坦的相对论提供一个独特的测试 ， 当遥远天体的光线从太阳附近经过时 ， 它会被弯曲 ， 但对于地球上的观天者来说 ， 当太阳被遮住时 ， 灰暗的天空使得这些天体仍旧是可见的 。 在1919年5月29日这天 ， 这个方法为爱因斯坦的广义相对论提供了第一个证明 。 （NASA科学可视化工作室）
天文在线|为何说100年以前的一场全日食证明了爱因斯坦对了而牛顿错了
文章图片
如今 ， 爱因斯坦的广义相对论可论证为史上最成功的理论 。 这个理论解释了从GPS信号到引力红移 ， 从引力透镜到黑洞融合 ， 从脉冲星调速到水星轨道的所有事情 。 广义相对论的预测到现在为止还没有失灵过 。
1915年 ， 当这个理论第一次被提出时 ， 它正尝试取代牛顿的万有引力 。 然而 ， 尽管它能再现早期牛顿理论的成功并解释水星轨道（这是牛顿理论做不到的） 。 但是这个关键测试将会以一种新的预测形式出现 ， 而且这个预测与宇宙引力法则的预测截然不同 。 一场全日食将提供一次独特且直接的机会 。
在太阳系中 ， 由行星和太阳吸引造成的空间弯曲 ， 必须被考虑进航天器或者是天文台会进行的任何观测中去 。 从空间探索到GPS信号卫星再到太阳附近经过的光信号 ， 在此应用范围内 ， 即使是十分微小的事情 ， 广义相对论的作用都不能被忽略 。 （美国国家航天局/喷气推动实验室—加州理工大学 ， 卡西尼任务）
天文在线|为何说100年以前的一场全日食证明了爱因斯坦对了而牛顿错了
文章图片
在牛顿的万有引力理论中 ， 任何有质量的物体都会吸引其他有质量的物体 。 虽然光没有重量 ， 但它有能量 ， 因此通过爱因斯坦的质能方程式：能量=质量*光速2（E=mc2 ， 写作m=E/c2）你可以给它分配一个实际质量 。 如果让一个光量子从一个大质量物体附近经过 ， 可以用它确切的质量预测这束星光应当弯曲多少 ， 你能获得一个有效值 。 在太阳的边缘附近 ， 这个值比1角秒（1/3600度）还小 。
但在爱因斯坦的广义相对论中 ， 由于质量的存在 ， 空间与时间都被扭曲 。 而在牛顿的引力体系中 ， 物体只有在空间中运动时才受引力影响 。 这意味着相对于牛顿的理论 ， 爱因斯坦的理论推测出了额外1角秒的弯曲（事实上 ， 要小更多 ， 尤其是当接近设想中的质量时） ， 或者说一个在太阳附近的接近2角秒的弯曲 。
天文在线|为何说100年以前的一场全日食证明了爱因斯坦对了而牛顿错了
文章图片
一张引力透镜的图例展示了背景星系或任意光路是如何因为中间质量的存在而发生扭曲的 。 同时它也展示了空间本身是如何因为前景星系的存在而弯曲 ， 变形的 。 在爱因斯坦提出广义相对论之前 ， 尽管许多人对此表示怀疑 ， 但他相信这个弯曲一定存在 。 一直到1919年 ， 那场全日食证明了他的推测 。 爱因斯坦和牛顿都对应当出现的弯曲数量作出了预测 ， 二者间有一个意义重大的不同——在广义相对论中 ， 空间与时间均受质量影响 。


推荐阅读


上一篇：科技生活大侠|下一个行业“搅局者”是谁，抖快进军电商后

下一篇：虫虫安全|Mint 20发布，Xfce版新功能介绍，Linux