第17章时空弯曲空间和时间并非永恒不变的存在少年的理想青年爱因斯坦在瑞士专利局当职员就作出了惊骇世人的发现，如果看看他从少年时就具有的理想情怀，就知道这结果相当自然。根据广义相对论，质量导致时空弯曲，而弯曲又会相互作用，因为时空弯曲本身就是一种能量，它也会产生自己的引力场，于是导致下一层次的弯曲，这一点是牛顿力学没有的。......
2023-09-17
爱因斯坦的星光实验：验证时空弯曲
【摘要】：而爱因斯坦说，万有引力就是时空的弯曲。爱因斯坦提出了一个著名的星光实验来检验时空弯曲的猜想，这是一个非常大胆、极富想象力的实验，展现了爱因斯坦非凡的思考力，让我们一起来了解一下。这就是爱因斯坦提出的星光实验，如果我们把时空弯曲看成是他提出的一个假设，那星星改变位置就是根据这个假设推导出来的一个猜想，而这个猜想是可以被实验所检验的。
爱因斯坦通过对万有引力的深入研究，发现了一个令所有人都震惊的宇宙真相—时间和空间就好像香蕉和土豆，表面上看起来它们很不一样，但如果我们换一个角度去看，它们其实都是同一样东西的不同表现形式。
我们把这样东西叫作时空。
什么是时空？时空不能简单地理解为时间加上空间，就好像牛奶不能简单地认为是牛加上奶一样。爱因斯坦告诉我们，时空就像一张由时间和空间编织起来的网，这张网充满了整个宇宙，无边无际，无处不在。时间的相对变化必然引起空间的相对变化，空间的相对变化也必然引起时间的相对变化。
牛顿说，万有引力就是物体之间互相牵着的一根看不见的线。而爱因斯坦说，万有引力就是时空的弯曲。
按照牛顿的想法，地球绕着太阳转，就像一个人甩链球。可是，按照爱因斯坦的想法，太阳就像压在时空上的一个球，它把时空这张网给压弯了，地球在弯曲的时空中运动，就好像小球在一张凹陷的橡皮膜上运动，它的运动路线就会自然而然地围绕着中心转圈圈，并没有什么看不见的线牵着。
牛顿和爱因斯坦展开激烈辩论
那么，他们到底谁对谁错呢？
在科学研究中，并没有绝对的正确和错误，只有谁的理论更加接近真相，谁的计算结果更加符合实验的结果。
用牛顿的理论和爱因斯坦的理论都能计算出地球的运行轨道，只不过啊，用爱因斯坦的理论计算得更加精确。但我们并不总是需要那么精确，所以，牛顿的理论永远也不会过时的。无论到了什么时候，我们都要学习牛顿理论。
爱因斯坦提出了一个著名的星光实验来检验时空弯曲的猜想，这是一个非常大胆、极富想象力的实验，展现了爱因斯坦非凡的思考力，让我们一起来了解一下。
首先，我们找一个晴朗的夜晚，给某一块星空拍张照片。我们都知道恒星之所以叫恒星，就是因为它们在天上的位置相对于地球是不动的，也就是说每年地球运行到同一相对位置时，这幅星空的照片应该是完全一致的，星星之间的距离也应该是完全相同的。地球绕着太阳做着公转运动，那么每年地球都会有两次机会和恒星的相对位置保持一致，也就是在下图的位置A和位置B时。
但是，请大家注意，下面是重点：当地球在位置B时，与在位置A相比，有一个巨大的不同，那就是太阳挡在了中间。根据爱因斯坦的理论，太阳的引力是如此之大，以至于太阳周围的时空被压弯了，于是，星光经过太阳时就会发生弯曲，从而使我们在位置B观察恒星时，那些离太阳比较近的恒星就会发生位置变化。那么如何检验恒星的位置发生了改变呢？我们只要测量离太阳很近的恒星与其他离太阳很远的恒星之间的距离即可。把位置B处的星空照片和位置A处的星空照片相比较，我们会发现，恒星之间的距离发生了变化，这就好像魔术师凭空把星星挪了个地方一样。(www.chuimin.cn)
每年地球在位置A和位置B时，其相对于恒星的位置是完全相同的
太阳的引力使得星光偏转，恒星的视位置发生了位移
如果这个预言是正确的，离太阳近的乙恒星的视位置会朝着远离太阳的方向偏这么一点点。这一点点是多少呢？根据爱因斯坦的计算，这一点点是1.7角秒，1角秒=1/3600度。看到这里，你可能会产生一个疑惑，当地球处在B位置的时候是根本无法看到恒星的，因为是白天啊，谁也无法在白天看到星星。可是，大家千万别忘了，有一个特殊的时刻可以在白天看到星星，那就是日全食发生的时刻。
这就是爱因斯坦提出的星光实验，如果我们把时空弯曲看成是他提出的一个假设，那星星改变位置就是根据这个假设推导出来的一个猜想，而这个猜想是可以被实验所检验的。
这就是科学研究的一个重要方法——提出一种假设，推导出一种猜想，再用实验去验证这个猜想。
你千万别以为这套方法很容易想到，在人类文明的几千年历史上，能够熟练运用这套方法也就只有三四百年的时间呢。
日全食发生的时候，我们在白天也能看到星星，非常神奇
1919年那次日全食来临的时候，以英国天文学家爱丁顿为首的科学家们，分成了两支远征观测队，一支队伍远赴巴西，另一支队伍远赴西非。1919年5月29日，日全食如约而至，虽然当时天公不作美，两支远征队都遇到了阴天，但是在最关键的时刻还是拍到了至少8颗恒星的照片。他们把照片带回英国后，和半年前拍摄的照片仔细比较，经过长达5个月的数据分析，最后，他们宣布，爱因斯坦的理论得到了完美的证实，观测值与理论计算值吻合得非常好！
亚瑟·斯坦利·爱丁顿（Arthur Stanley Eddington，1882—1944），英国天文学家、物理学家、数学家。爱丁顿是第一个用英语宣讲相对论的科学家。自然界密实（非中空）物体的发光强度极限被命名为“爱丁顿极限”
以英国天文学家爱丁顿为首的科学家们证实了爱因斯坦的理论
星光实验使相对论在历史上第一次得到了实验的验证，爱因斯坦也因为这次成功的实验验证享誉世界。在此后的科学史上，每隔一段时间，相对论的预言都会得到一次实验的证实。而每一次对相对论的成功验证，几乎都会获得诺贝尔物理学奖。例如历史上非常著名的脉冲星的发现，获得了1974年的诺贝尔物理学奖；宇宙微波背景辐射的发现，获得了1978年的诺贝尔物理学奖；最近一次是引力波的发现，获得了2017年的诺贝尔物理学奖。
有关如果你跑得和光一样快的文章
- 详细阅读
-
半圆盘弯曲实验的步骤详细阅读
根据研究发现，半圆盘弯曲实验测量结果重复性较好，是一种适用于评价复合材料弯拉强度的简单实验方法［6，7］。研究者在半圆盘弯曲实验试样的受力状态研究中，发现公式中的应力系数有的比较接近，有的相差甚远。目前，适合的测量炸药材料拉伸性能的方法并不多，因此采用半圆盘弯曲实验研究炸药拉伸力学性能的方法有很大研究空间。......
2023-06-27
-
检验时间相对性的实验：爱因斯坦相对论结论得到详细阅读
爱因斯坦刚刚宣布这个结论时，几乎没有人相信，大家都觉得这是不可能的，时间怎么可能是相对的呢？落地后他们与地面上的铯原子钟进行了比较，实验数据与相对论的计算结果吻合得几乎完美。美国两位科学家哈费勒和基廷带上铯原子钟，坐飞机环球飞行，一次自西向东飞，一次自东向西飞，落地后与地面的铯原子钟比较，结果证明时间相对性是正确的要想做研究，只定性是不够的，还必须定量，甚至定量比定性更重要。......
2023-11-05
-
半圆盘弯曲实验优化方案详细阅读
图4－5 所示为半圆盘弯曲实验装配图，其中样品底部支座距离为16 mm，是直径的80%。图4－6 所示为半圆盘弯曲实验典型的破坏形貌，无预制裂纹的试样在中部形成裂纹，劈裂破坏；有预制裂纹的样品，沿着预制裂纹前端，贯穿整个试样，最终破坏。表4－3无预制裂纹半圆盘实验的最大拉应力......
2023-06-27
-
半圆盘弯曲实验的数值仿真分析详细阅读
使用扩展有限元方法对半圆盘弯曲实验进行计算，建立二维有限元模型如图6－16 所示。图6－16半圆盘弯曲有限元模型图6－17 所示为其开裂过程和最大主应力，图6－17 所示为初始裂纹所在位置示意，初始裂纹长度为2 mm，图6－17 和所示为裂纹扩展过程。......
2023-06-27
-
半圆盘弯曲实验模拟结果分析详细阅读
对不同预制裂纹长度的半圆盘实验进行有限元建模分析。图4－7 所示为预制裂纹长度为0.96 mm 时，实验及数值模拟得到的载荷－位移曲线。从图中可知，计算结果和实验结果吻合较好，说明黏聚裂纹模型适用于半圆盘弯曲实验的力学性能分析。......
2023-06-27
-
数据挖掘算法实验验证综述：探究的结果详细阅读
计算这些序列的频率和时间平均方差形成特征向量，利用此特征向量数据进行了多方面的实验，验证其在人的行为识别方面的有效性。实验表明，当分段长度达到30帧以上时，就可获得很高的分类精度，且分段长度的变化对识别精度影响就会很小了。......
2023-06-16
-
实验验证光滑轮廓的振动抑制效果详细阅读
在直线运动平台上，弹簧1、弹簧2、质量块2和空气阻尼器代表了柔性从动件。通过空气阻尼器可以调节系统的阻尼。图7.7直线运动实验台通过实验验证了新轮廓在振动抑制方面的有效性。具有不同速比的轮廓被输入电机当中来验证模拟结果。图7.8 显示了在一定速比范围内的归一化残余振动的仿真曲线和实验数据。与预期的一样，光滑后的轮廓在设计速比1.3 左右实现了零振动。图7.8速比变化时的实验结果......
2023-06-21
相关推荐