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是的,在引力场中,时空也会弯曲!由于质量的存在,引起了周围时空的弯曲!物质决定时空结构的变化!
回首一看,非惯性系与引力场等价,非惯性系中时空弯曲,引力场中时空也弯曲!
如果你对美的追求很强烈的话,必定会认为非惯性系、引力场和时空弯曲三者是可以统一起来的!
结果证明,是的,的确是的!
虽然我们在非惯性系和引力场方面还在思考该如何来进行处理,但是,幸运的是,数学家走在了前面!弯曲空间,数学上已经有了先例——黎曼几何!只要我们知道三者中的一个(时空弯曲),倘若它们是可以统一的,那么就已经足够了!
黎曼几何,广义相对论的强大而又美妙的数学工具!
感谢数学!感谢人类本身的智慧!
在这里,引力不存在了,取而代之的是时空弯曲!
是的,这个世界根本就没有什么引力!只有时空弯曲!
地球之所以围着太阳转圈,是由于太阳的质量使得其周围的时空弯曲了,地球试图在走直线了,但因为时空本身弯曲了,所以走成了“曲线”!
惊世骇俗!无可想象!爱因斯坦确实走得太远了!我们差点跟不上他的步伐!人类科学的异端!要将牛顿的引力扔进历史的垃圾桶!
从狭义相对论到广义相对论,爱因斯坦用了10年的时间。其实,这在很大程度上是由于爱因斯坦开始并不知道黎曼几何而造成的。要是他早点懂得黎曼几何,相信广义相对论的诞生将会提前不少。爱因斯坦后来是从他的朋友格罗斯曼中知道了黎曼几何,并且狠狠恶补了一回,最终发现了广义相对论。
数学有用吧?数学厉害吧?数学重要吧?
按照广义相对论的推断,在巨大质量的周围,将发生严重的时空弯曲现象。如此说来,在太阳的周围,时空应该弯曲得有点厉害,那么本来走直线的光线在它周围也应该走的是曲线!本来那些被太阳遮挡的其他恒星的光线,由于来到太阳周围时发生了弯曲,反而可能可以看见了!这样我们只要看看是不是有这种匪夷所思的现象,就可以来验证广义相对论了!要是没有的话,否定后件!哈哈!一刀见血!
但是,在平常时,太阳光太强烈了,以致于把那些经过它周围的光都“淹没”了,根本就看不见!
我们得等一个日全食的好时机……
我们已经看到,物质告诉时空如何弯曲,而时空反过来决定物质的运动。这样一来,空间、时间、物质、运动就完美地统一到了一起。
1915年11月18日,爱因斯坦提出了广义相对论引力场方程的完整形式。经过计算发现,光线在通过恒星时的弯曲度为1。74〃!这可是根据牛顿平直空间计算所得——0。87〃的两倍!
检验广义相对论的时机到了!
然而事与愿违,这时正处于“一战”的纷飞战火之中,这些实验根本就完成不了!
借这个机会,我们也稍微先转一下话题,喘一口气。
我们不曾忘记当年牛顿万有引力定律预言了海王星的存在!
这是一次里程碑式的预言!
这是一次让人类自豪的预言!
这是理论的一次伟大胜利!
这是人类的一次伟大跨越!
但是,当我们用牛顿定律去解释水星的一种奇特现象时,却并没有得到非常满意的结果,纵使误差很小。
对于水星来说,它是八大行星中距离太阳最近的一颗,而且人们还发现其实它的近日点是在不断改变的!什么是近日点呢?我们知道,椭圆是具有两个焦点的。而行星绕太阳转动的轨迹就是椭圆,也一样有两个焦点。而其中距离太阳较近的那个焦点就唤作近日点,而另一个较远一些的就叫做远日点。
水星的近日点是在变化的!是在进动的!变化有多大呢?
天文学家通过观测得出,是每一百年5600秒!
而5600秒中的5557秒都可以通过牛顿定律找到合理的解释因素。但是对于剩下的43秒却无法解释!
类似海王星的发现经历,法国天文学家勒维烈(就是前面发现了海王星的那个小伙子)预言,在水星附近还有一颗尚未发现的行星,正是这颗行星影响了计算结果!
人们把这颗未知的行星叫做火神星,或者是祝融星。(祝融就是我国古代传说中的火神)
然而,人们始终找不到那颗猜测中的火神星。
这也成为了一个谜团。一直要到广义相对论出世后才揭开神秘的面纱。
现在,当爱因斯坦从弯曲的时空出发,用广义相对论去计算时,他惊奇地发现,结果就是5600秒!分毫不差!这也反过来验证了广义相对论!
好生厉害的第一炮!
美妙的开局!伟大的胜利!
这又是人类智力的伟大创举!
而后来观测到的金星、地球等行星近日点的进动值也和爱因斯坦的计算值符合得相当好!
1916年,爱因斯坦发表了总结性的论文《广义相对论基础》,标志着广义相对论大厦的完整竣工!这次的论文还是发表在那本《物理学年鉴》上!
赞扬如潮水般涌来。
“如果爱因斯坦的理论被证实了,这点我想是绝对没有问题的,他将是20世纪的哥白尼!”普朗克如是说。
“广义相对论是人类思想史上最伟大的成就之一!”电子的发现者汤姆逊道。
……
回到光线弯曲的实验。
1916年,由于战争原因,落空了。
1918年,再次错失一次机会。
1919年5月29日,在南半球的中纬度地区将会有一次日全食,但战争依旧没有结束。
战争永远是人类文明的破坏者。无论如何,战争都意味着损失,永远不会有赢家!
和平是我们永恒的呼声!
幸运的是,英国两队科考队悄悄出发了(要知道,那时侯英国跟德国可是敌对国!英国人愿意去验证德国人的理论,这本身就存在很大的阻碍,这似乎也验证了一句话——“科学无国界”)。其中一支奔赴巴西的索布拉尔(Sobral),而另一支则要到西非的普林西比岛(Principe),普林西比岛队由英国剑桥大学教授、英国皇家天文学会的爱丁顿爵士率领。然而一开始,天公不作美,普林西比的天气情况非常糟,日全食那天更是浓云密布,细雨绵绵,几乎没有希是望了。不过,那可能只是“贵人出门招风雨”的缘故吧,当日全食快要开始之时,天气便好转起来,看来上帝似乎很期待这一次判决。
经过拍照、分析……
1919年11月6日,在英国皇家学会和皇家天文学会联席会议上,汤姆逊(上面说的电子的发现者)宣布了最终结果——爱因斯坦说对了!他说道:“爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一——也许是最伟大的!诸位今天将要听到的发现,就是它的伟大创造之一。这不是发现了一个孤岛,这是发现了新的科学思想的新大陆!”,接着两队的率领人戴逊与爱丁顿就这次考察的结果作了报告。
确实是爱因斯坦的预言!
爱因斯坦胜利了!
广义相对论胜利了!
时空确实是弯曲的!
宇宙确实是按照广义相对论来运转的!
对于此事,全球媒体争相报道。英国《泰晤士报》采用了大标题“科学上的革命,宇宙的新理论——空间是弯曲的!”美国《纽约时报》——“爱因斯坦奠定了新物理学”……
事实上,后来的科学家认为,爱丁顿此次的结果还是存在很大误差的。爱丁顿得到的结果是1。61〃±0。30〃,而另一队的结果是1。98〃±0。12〃,与理论预言值相差甚远,而且他们处理数据的方法也是需要商榷的。不过,后来的实验更加精确地验证了广义相对论的预言。例如,在1973年6月30日的日全食,美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲进行了观测,并且对实验条件进行了严格控制,最终得到的结果是1。66〃±0。18〃。而在1974年和1975年间,福马伦特(A。 B。 Fomalont)和什拉梅克(R。 A。 Sramek)利用甚长基线干涉仪,利用射电源的微波来进行实验,结果得到了太阳边缘处射电源的微波被偏折了1。761〃±0。016〃。1984年的观测数据和广义相对论的预言数值之比为1。004±0。002。1991年的比值甚至达到了1。0001±0。0001。
除了水星进动、光线弯曲之外,引力红移实验、雷达回波的时间延迟实验、引力透镜