
1光源偏折
几乎所有人在初中里都学过仅是直线传播,但爱因斯坦对你说这是不对的。光只不过顺着时光散播,但是只需有质量,便会有时空弯曲,光源就不是直的而是弯的。品质越多,弯折越多,光线的偏移视角越多。太阳周边存有时空弯曲,环境行星的光传达到地球的途中假如方式太阳周边也会发生偏移。爱因斯坦预测光源偏移视角是1.75″,而牛顿万有引力计算的偏移视角为0.87″。要拍摄到太阳附近行星,务必等候日全食的时候才能够。机遇终于来了,1919年5月29日有一次标准极佳的日全食,美国爱丁顿领导的考察队分赴非州几内亚湾的普林西比和南美洲巴西的索布拉开展观察,结论2个地区三套设备观察到的结果各是1.61″±0.30″、1.98″±0.12″和1.55″±0.34″,与广义相对论的预测完全符合,爱因斯坦因而声名鹊起。这是对广义相对论的最早确认。70多年以后“哈勃”望眼镜起飞,拍摄到很多被称作“引力镜片”的情况,目前也似乎是路人皆知了。
2水星近日点进动
一直以来,大家注意到水星的路轨总是在产生飘移,其近日点在顺着路轨产生5600.73″/百年是“进动”状况。而根据牛顿万有引力测算,这一数值5557.62 ″/百年,相距43.11″/百年。尽管这是一个极小的偏差,可是天文是严谨,本来确实存在的偏差不能置若罔闻。许多专家陆续猜想在水星路轨里侧更靠近太阳的区域还存在一颗行星决定着水星路轨,乃至已经有人把他起名叫“火神星”(N年以后居然还有中国学者管这一不存在的行星叫“祝融星”)。但是始终未能找到这颗行星。1916年,爱因斯坦在论文中声称用广义相对论测算获得这一误差为42.98″/百年,几乎完美地解释了水星近日点进动状况。爱因斯坦本人说,当她算出这个结果时,真是高兴地睡不着,这是他自己更为得意的成效。
3引力钟慢
一样或是时空弯曲的结果。上文讲到的全是空间上的影响,无论光或是水星都在太阳周边弯曲时空中运动。即然被弯曲是时光,当然要讲时间的变化。广义相对论中具有根基价值的等效原理觉得:无限小的容积中均匀引力场相当于加速运动的参照系。但在引力场上引力势较低的部位,也就是以往大家所学的离星体核心越近,引力越多,那样时间进程变慢,物体的尺寸也越低。讲通俗一点,拿地球举例,立在地面上的人相较于国际空间站的航天员感受到的引力更高,引力势变低(这是非常容易接受的),那样地面上的人所经历的时长相较于航天员走地变慢,长久以往将比他们更年轻!此项认证试验老早就做了。1971年做过一次十分精准的测量,哈菲尔(J.C.Ha1ele)和基丁(R.E.Keating)把4台铯原子钟各自放到民航客机上,在1万米高空沿赤道环行一周。一架飞机自西向东飞,一架飞机自东向西飞,随后和地面事前校正完的原子钟做比较。同时考虑狭义相对论效应和广义相对论效应,东向西的理论值是飞机上的钟比路面快275±21纳秒(10-9s),试验测量值为快273±7纳秒,西向东的理论值是飞机上的钟比路面慢40±23纳秒,试验测量值为慢59±10纳秒。其中广义相对论效应(即引力效应)理论为东向西快179±18纳秒,西向东快144±14纳秒,全是航行时钟快过路面时钟;但要注意的是,因为飞机往东出航是和地球自转方向同样,因此相对地面静止的钟速度更快,造成狭义相对论效应(即动力学效应)更加明显,才使得总效应为航行时钟慢于路面时钟。
此外,1964年夏皮罗提出一项认证试验,运用雷达发送一束电磁波脉冲,经别的行星反射回地球再被接受。当往返的路径远离太阳,太阳的危害可忽略;当往返途径通过太阳近旁,太阳引力场导致传播时间延长,此称为雷达回波延迟或叫“夏皮罗延迟效应”。科学家之后根据金星做了雷达反射符合实际相对论的描写。2003年科学家运用卡西尼号土星探测仪,重复了此项试验,测量精度在0.002%范围内观察与理论一致,这是目前为止精度最高广义相对论实验验证。
4引力红移
从大质量天体发出的光(电磁辐射),因为处在强引力场上,其光振动周期会比同一种原素在地球上传出光的振动周期长,从而造成光谱线向红光波长偏位的情况。只会在引力场特别强的前提下,引力造成的红移量才会被检测出来。二十世纪六十年代,庞德、雷布卡和斯奈德在哈佛大学的杰弗逊物理实验室(Jefferson Physical Laboratory)选用穆斯堡尔效应的实验方法,定量地验证了引力红移。她们在距离路面22.6米高度,放置了一个伽马射线辐射源,并在地面设置了探测仪。他们将辐射源左右缓缓的摇晃,同时纪录探测仪测出信号强度,根据这种办法测量由引力势的细微区别造成的谱线频率的挪动。他的实验方法十分恰当,用狭义相对论和等效原理就可表述。结果显示试验值与理论值符合实际。2010年来自美国和德国的三位科学家马勒(H.Muller)、彼得斯(A.Peters)和朱棣文根据物质波干涉实验,将引力红移效应的试验精度提升了一万倍,进而最准确地验证了爱因斯坦广义相对论。
5黑洞
1916年,法国科学家卡尔·史瓦西测算获得爱因斯坦引力场方程的一个真空解,这一解说明,质量大到一定程度,引力将把很多物质集中在空间一点,并产生奇异的状况。这类星体被美国物理学家约翰·阿奇巴德·惠勒命名为“黑洞”。史瓦西的解说明黑洞的品质极为极大,而容积却十分细微,密度出人意表大,它所产生的引力场极其强悍,以致于一切物质和辐射在进入黑洞的一个事件视界(零界点)内,便再挣不脱,乃至散播速度最快的光(电磁波)也难以逃逸。假如太阳要变成黑洞就要求其全部品质务必聚集到半经仅3公里的空间内,而地球质量的黑洞半经仅有小小0.89cm。1964年,美籍科学家里卡多·吉雅科尼(Riccardo Giacconi)意外地看到了天空中发生神秘X射线源,方位位于银河系的中心周边。1971年国外“自由号”人造卫星发觉该X射电源位置是一颗超巨星,自身并不能发送所观察过的X射线,它实际上被一个看不到的约10倍太阳质量的物件牵引着,这被称之为人类发现的第一个黑洞。尽管黑洞不可见,但它对周边天体运动的影响是明显的。如今,黑洞早已被大家广泛接受,科学家乃至能用光学望远镜立即看到一些黑洞吸积盘的光。
6引力拖拽效应
一个旋转物件尤其是大质量物件还会使空间产生另外的拖拽歪曲,就像在水中旋转一个球,沿着球旋转方位会形成小小波纹和涡旋。地球的这一效应,将使在空间运转的陀螺仪的自转轴产生41/1000弧秒的偏移,这一视角大约等同于从华盛顿收看一个放到洛杉矶的钱币产生的张角。2004年4月20日,美国航天局“引力检测-B”(GP-B)卫星从范登堡空军基地起飞,以从未有过的精度观察“测地线效应”,进而探寻“惯性系拖拽”效应的迹象。卫星在轨航行了17月,接着科研人员对测量数据展开了5年剖析。2011年5月4日美国航天局公布消息称,GP-B卫星早已验证了广义相对论的此项预测。可是该项目的合理性和重要性受到很多批评的响声。
7引力波
爱因斯坦在发表了广义相对论后,又进一步论述引力场的概念。牛顿的万有引力定律显现出引力是“超距”的,例如太阳假如突然消失,那样地球便会瞬间摆脱自已的路轨,这似乎是正确的。但爱因斯坦提出“引力”必须在时空中传送,需要时间,品质的改变造成引力场转变,引力便以光速往外传送,如同水波一样,这便是“引力波”的来历。但是爱因斯坦了解引力波很薄弱,像太阳这种恒星是不能造成强烈振荡的,连自己都觉得可能永远都检测不上。1974年,美国物理学家泰勒(Joseph Taylor)和赫尔斯(Russell Hulse)运用射电望远镜,看到了由二颗中子星组成的双星系统PSR1913 16,并通过其中一颗脉冲星,精准地测到2个致密星体绕质心公转的半长径以每年3.5米速度减少,3亿年后将合拼,系统总动能周期每年降低76.5微秒,减少的部分理应便是释放出的引力波。泰勒和赫尔斯由于初次间接检测引力波而喜获1993年诺贝尔物理学奖。如今己经立即“听”到引力波动听动听的声音,这意味着现代物理学全新的章节从此打开!















