100年前 , 阿尔伯特·爱因斯坦是德国柏林大学的一名传授 , 那时他的名字还没有家喻户晓 , 只为少数的科学家、常识分子和身边的人所熟知 。
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1919年5月29日是一个主要的日子 , 尤其是对爱因斯坦来说 , 就在这一天 , 当月球刚好活动到太阳和地球之间时 , 日食证实了爱因斯坦广义相对论的准确性 , 让爱因斯坦一会儿声名大噪 , 当作为了那个期间最具权势巨子的科学家 。 而广义相对论也代替了牛顿的引力理论 , 当作为领会释空间最有力的物理理论 。
正值这个汗青性的日子100年之际 , 让我们一路去领会这段汗青吧 。
凝望太阳
1687年 , 艾萨克·牛顿颁发了他的巨著《天然哲学的数学道理》 , 提出了万有引力定律:宇宙中相隔必然距离的肆意两个有质量的物体间有引力的感化 。 按照牛顿的理论 , 空间只是一个固定的布景 , 引力造当作了物体的活动 。 在一段时候内 , 牛顿的万有引力理论很好地诠释了一些天体的活动 , 包罗月球绕地球的活动 , 甚至还当作功展望了海王星的轨道 。
然而万有引力定律也有良多问题 , 最典型的问题就是水星的进动问题 。 每个行星环绕太阳以椭圆轨道活动 , 一般有远日点和近日点 , 这些轨道并不是固定的 , 以太阳为中间 , 行星轨道会迟缓地变换位置 。 行星每转一圈 , 其近日点便会发生偏移 , 称之为近日点进动 。 偏移本家儿如果由岁差和摄动引起的 , 可是操纵牛顿定律的计较成果与现实的不雅测成果之间存在着不成忽略的差别 。 1859年 , 法国天文学家勒威耶发现这一差别为水星近日点每100年进动38角秒(角度单元 , 1度等于3600角秒);1882年 , 加拿大天文学家纽康对这一数值进行了校正 , 得出水星近日点进动值为每100年43角秒 。 于是为领会释水星进动的现象 , 爱因斯坦提出了广义相对论 。
在1915年提出的广义相对论中 , 爱因斯坦对牛顿提出了直接的挑战 。 广义相对论丢弃了引力将物体拉到一路的不雅点 , 提出空间和时候一路形当作了一个四维的工具叫做时空 , 而所谓的引力现实上是物体对时空的扭曲 , 一个物体的质量越大 , 时空的变形就越大 , 它四周的物质受到弯曲时空的影响而标的目的它接近 。 在原本平直的时空上放一个恒星 , 时空发生弯曲 , 就像在一张拉直的布上放了一个重物 , 而发生了塌陷一样 。
因为太阳的质量很大 , 所以太阳四周的时空就扭曲了 , 正好造当作了水星的进动 , 并且爱因斯坦的计较成果也刚好合适不雅测成果 。 不外 , 那时的人们仍是不认同广义相对论 。
按照爱因斯坦的理论 , 光也会颠末时空 , 在大质量天体的四周也会改变路径 。 当一个发光的天体处在另一个大质量天体后面的时辰 , 我们也是有机遇看到它的 , 只不外因为光线发生了弯曲 , 我们看到的天体位置并不是它原本的位置 , 这即是“引力透镜”现象 。 造当作光线改变的大质量天体叫做透镜天体 , 它的四周经常会呈现几个亮点 , 有时也能不雅测到这些亮点连当作一个斑斓的圆环 , 即“爱因斯坦环” 。 在透镜天体背后发出光线 , 并呈多个亮点的天体 , 则称为“源天体” 。
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在爱因斯坦成长广义相对的10年中 , 他意识到太阳的质量足以使这种效应惹人注目 。 当然 , 查验这个展望并不轻易 , 因为太阳光太刺眼了 , 我们在白日看不到它背后的星星 。 而晚上呈现的星星并不是太阳背后的恒星 , 所以太阳并没有弯曲它们发出的光 。 只有当太阳出来了 , 可是它的光被盖住了 , 人们才能验证爱因斯坦的理论 。 这也是1911年 , 爱因斯坦研究广义相对论时 , 要求天文学家在日食时代不雅测天空的原因 。
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