相对论的实践与检验

来源：百度文库编辑：神马文学网时间：2024/04/26 13:57:21

四、相对论的实践与检验在发展相对论的年代里死去，真是太可惜了。 ——爱因斯坦的导师:明可夫斯基广义相对论首次引用了曲率的概念，用几何学代替了经典物理学中的重力概念。爱因斯坦对物体的加速度与曲率之间的关系作了详细的阐述，他认为，宇宙中一切物质的运动都可以用曲率来描述，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上就是一个弯曲的时空。爱因斯坦根据这一结论，给出了著名的引力场方程式：

爱因斯坦引力场方程是二阶的，以时空为自变量，以度规为因变量的带有椭圆型约束的双曲型偏微分方程，当然，爱因斯坦的这个引力场方程并非完美，具体计算中，使用的只是一个近似解，而真正的球面对称的准确解——史瓦兹解是在此之后才找到的。不过，爱因斯坦的这个引力场方程以其复杂而美妙著称，任何曾与之打交道的人都会为之倾倒，留下深刻的印象。为了检验相对论的正确性，爱因斯坦开始计算早在牛顿时期就一直使天文学家，物理学家们倍受困惑的水星轨道之迷。自从200多年前的牛顿时期以来，天文学家和物理学家已经根据牛顿理论计算出太阳系各个行星的运行轨道，但这一计算结果和实际中行星运行的轨道存在着极其微小的差，由于科学界认为牛顿力学是极其精确的，因而对出现这一数差深感不解和困惑。随着近代天文学的发展，科学家们观测到的水星以每个世纪43秒的进动率完成一次自转，这与根据牛顿力学原理计算出的结果大致吻合。但是，科学中不允许出现这种差异，哪怕是极其微小的差异。爱因斯坦与过去的科学家不同，他在开始考虑水星近日点进动问题的伊始，就根据相对论的原理将水星看作是一个围绕太阳的弯曲空间中的行星，通过计算，爱因斯坦得出的水星轨道恰好是以43秒每世纪的速率进动。这个结果是如此的激动人心，令人振奋，以至于爱因斯坦说他自己的“心脏都在为之颤动”。爱因斯坦的预测证明，在弯曲的时空中，光线必然沿着一个弯曲的轨迹行进，在加速参照系中，光的运行轨迹必定是曲线。因此，根据相对性原理，光在任何时空中的运动轨迹也一定是弯曲的。爱因斯坦为了检验这一假设，选择了太阳系的太阳引力场来进行计算，计算结果表面当遥远的星光掠过太阳表面时，将会发生一点七秒的偏转。这一结论将可以通过全日食时进行观测检验。二战结束的1919年，在英国天文学家爱丁顿的支持与鼓励下，英国科学界为了证实爱因斯坦的结论，派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的观测和研究得出最后的结论，星光的确在太阳附近发生了一点七秒的偏转，英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了这一观测报告，爱因斯坦根据光线受引力场折射的计算结果与现实如此之吻合，确凿无疑的支持了相对论的正确性，也极大的震惊了科学界，当时的英国皇家学会会长汤普森宣称，爱因斯坦的相对论是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的科学成果，而爱因斯坦的名字，则和哥白尼，牛顿等人一起功标千史，永垂于人类科学的史册。附注：此外，相对论还在宇宙时钟，粒子加速等各种试验中得到了充分的证实及大量的证据，限于文章篇幅和时间，我只写了最有说服力的两个检验。爱因斯坦的相对论相容性非常完美（顺便说一句，那些抨击相对论的民间科学家们大概从来不想也不会考虑相容性的问题），实际上这一理论已经溶入了科学的各个领域，现代的许多自然科学的学科，如天文学，光学，量子力学都是在相对论的基础上发展的。相对论与现代科学联系如此之紧密，以至于任何人想打倒它，都需要作出彻底推翻现今科学的所有物理定律，否定所有科学领域的尖端技术成果的准备。下一节：相对论的基础及推导(上)>>

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