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          廣義相對論的創(chuàng)建

          來源:顆粒在線 1255 2019-11-25

          ??1905年狹義義相對論創(chuàng)建成功,這一 理論很優(yōu)美,但也暴露了一些不足:它不能把牛頓的引力定律蠢括進(jìn)來,而且只限于描述物體的勻速運(yùn)動,而不適合于加速運(yùn)動。

          直到1907年,愛因斯坦突然找到了一個突破口,其線索是從一個“封閉電梯”的假想實(shí)驗(yàn)中獲得的。

          阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein,1879.3.14—1955.4.18)

          電梯的假想實(shí)驗(yàn)說明了一個極為關(guān)鍵的事,愛因斯坦由此得出了一個重要的原理:“加速運(yùn)動與引力場在物理現(xiàn)象上是彼此等效的”,這就是著名的愛因斯坦“廣義等效性原理”。

          像狹義相對論一樣,廣義相對論的另一個基礎(chǔ)也是“光速不變原理”,它的含義是:“無論你是靜止的還是運(yùn)動著的,無論你是做勻速還是加速運(yùn)動,或者說,無論你所處地方的引力場是強(qiáng)還是弱,對你來說,光在真空中的速度永遠(yuǎn)不變?!?/span>

          廣義等效原理與光速不變原理,成為愛因斯坦廣義相對論理論大廈的兩塊基石。

          此時,在愛因斯坦的頭腦里,漸漸浮現(xiàn)出來一個引力場方程的模式。

          他整整花了5年多的時間,構(gòu)建起了他的廣義相對論的大廈一引力場方程。

          1915年11月,愛因斯坦在普魯士科學(xué)院一連做了4次系列演講介紹他的新引力論。

          1915年11月25日,最后一次演講這天,愛因斯坦當(dāng)眾宣布了他的引力場方程,并提出利用光線在太陽引力場的作用下所發(fā)生的時空彎曲效應(yīng),可以對這個方程進(jìn)行驗(yàn)證。

          他還公布了他借助引力場方程,對太陽光線引力彎曲的估算結(jié)果。

          以引力場方程為核心的廣義相對論,是一個絕世的佳作。

          廣義相對論的創(chuàng)建是人類關(guān)于自然界思考的一個壯舉, 它是哲學(xué)理性的洞察力,是物理的直覺與精湛的數(shù)學(xué)技藝神奇結(jié)合的產(chǎn)物。

          “廣義相對論”認(rèn)為:時空就像是一張巨大的橡皮膜(注:時空space time指三維空間加一維時間),如果放一個質(zhì)量很大的物體,比如地球,這張膜就會凹下去,發(fā)生了變形“彎曲”,物質(zhì)的質(zhì)量越大,造成的時空彎曲也就越大。

          再放一個物體上去,比如太陽,又會使時空發(fā)生變形,地球就會沿著這個已經(jīng)彎曲的時空運(yùn)動,也就行了地球繞著太陽轉(zhuǎn)圈的狀態(tài)。

          基于這個理論,愛因斯坦后來提出,這種對于時空造成的形變,可以在宇宙中以光速傳播,并以引力波來命名。

          但他遺憾的表示,這種形變實(shí)在是太微小了(地球繞太陽公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波功率僅為200瓦),人類想要測量,是不可能的。

          一百年來,愛因斯坦的廣義相對論幾乎通過了每一次的驗(yàn)證,因此,也被認(rèn)為是目前人類最接近宇宙真相的理論模型。

          但這個偉大的理論還差最后一塊拼圖,就是愛伊斯坦偉大的預(yù)言“引力波”,還一直沒有被人類找到。

          后來隨著路易斯安那與華盛頓的兩個激光干涉引力波天文臺,同時接收到了,來自遙遠(yuǎn)宇宙的引力波信號,這項(xiàng)前后花費(fèi)40年的近10億美元的實(shí)驗(yàn),終于正式了愛因斯坦的預(yù)言,并讓他口中的“不可能測量”變?yōu)榱丝赡堋?/span>

          人類知道,時空波動了,每一個引力波天文臺,都有兩個相互垂直的,長達(dá)4公里的真空管道構(gòu)成,只要這種時空的漣漪,如愛因斯坦所預(yù)言的那樣到達(dá),那么被掃過的地方,物體的長短就會發(fā)生變化。

          真空管長短的變化,敏銳的反映到了觀眾激光的路徑長度上,并最終引起兩束激光的干涉圖樣的變化。

          為了檢測出這種及其細(xì)微的變化,引力波天文臺的精度達(dá)到了10的負(fù)23次方米。

          打個類比,就是原子核之中的質(zhì)子,一萬分一的尺度變化,就會被檢測出來,進(jìn)一步的分析證實(shí),這次的引力波信號來源于13億光年之外,兩個大質(zhì)量黑洞的合體(兩個黑洞質(zhì)量相當(dāng)于29倍太陽和36倍太陽),根據(jù)我們講的廣義相對論,在合并過程中,兩個黑洞的旋轉(zhuǎn),造成了時空的彎曲,這一巨大的能量,以引力波的形式向宇宙?zhèn)鞑ィ⒔K于在13億光年后抵達(dá)到地球。

          這一發(fā)現(xiàn)不僅僅再一次證實(shí)了廣義相對論,這個20世紀(jì)以來人類最偉大的物理理論。

          更重要的是從此之后,人類除了依靠望遠(yuǎn)鏡,也就是通過電磁波或粒子來了解世界之外,多了一種直接觀察時空漣漪的手段,更讓人興奮的是人類對早期宇宙的進(jìn)一步觀測研究也就成為了可能。

          在此之前,由于宇宙迷霧狀態(tài),光,無法給人類帶來足夠的信息,但有了引力波,人類也就突破了這層阻礙,有機(jī)會回到宇宙大爆炸最初的瞬間。


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