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爱因斯坦的狭义相对论是怎样被证实的?

分类:新闻摘要 作者:雪泥 评论:0 点击: 406 次 日期:2015-09-28

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  狭义相对论是爱因斯坦在1915年提出来的一个精确描写牛顿万有引力的实践。这个实践比牛顿万有引力愈加优美,也愈加精确。

  事先正值第一次世界大战期间,爱因斯坦在德国提出了这个实践。

  由于这个实践能够解释水星近日点的进动,以是大家对这个实践还是有点相信的,但物理学家需要找到更多的证据来判断此实践是否准确。(进动,一个自转的物体受外力影响,导致其自转轴绕某一中心旋转,也叫做旋进。)

  星光偏析试验

  于是,1919年,第一次世界大战结束的时间,马上有几个英国物理学家投入到了检验狭义相对论实践的试验之中,这个试验就是星光偏折试验。

  星星,在夜空中眨着眼睛。其实,这些咱们人类肉眼能看到的星星,至少离咱们地球有几光年甚至更远。

  那么远的距离,对地球人来说,星星发过来的光就是一束平行光芒。但是,由于地球是在太阳的引力场中活动的,以是咱们能够应用狭义相对论的言语:这束平行光芒也是一根“类光测地线”。由于狭义相对论应用的数学工具是微分几何学,以是测地线的方程很容易用微分几何的言语写出,因此能够从数学的角度来描写星光在引力场中的活动轨迹。

  那么,星光偏折又是怎么回事情呢?

  原来,在狭义相对论中,引力场的存在被等价为时空的弯曲,以是,光芒在太阳的引力影响下走出来的这条“类光测地线”在空间上看起来就是弯曲的——这非常像一根筷子插在有水的杯子里,在水面附近筷子好像折断了,这是光的折射现象。星光偏折也类似一种光的折射现象。

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  那么,如果物理学家能测量出星光被太阳的引力场偏折了多少,就能够来检验爱因斯坦的狭义相对论到底准确不准确了。

  在日全食下观测星光偏折

  事先相信爱因斯坦狭义相对论的物理学家凤毛麟角,很多人不懂他的实践,由于这个实践对数学要求太高,而且在物理上很反传统。以是,1919年,这个试验刚开始的时间,很多外行物理学家对试验能结果的看法可谓莫衷一是。

  这个试验应该怎么做呢?

  咱们能够把地球绕太阳的活动看成一个椭圆,那么,某颗恒星与地球的连线交这个椭圆于两个点,咱们能够在这两个点上拍摄星星的照片,而后把这两张照片停止对比。(这两点,一个点是地球在太阳与恒星之间,另外一个点是太阳在地球与恒星之间,位置关系是差别的。)

  当太阳在地球与恒星之间的时间,太阳光芒太亮,恒星发的光会被太阳光淹没,根本就测不出来。以是,需要找到日全食的时间,这个时间太阳光不见了,恒星发的光能够在地球上拍照拍出来。

  为了停止1919年的日全食观测,英国的物理学家们共准备了三架千里镜,包括两架10英寸口径的,一架4英寸口径的备用千里镜。

  爱丁顿带领的剑桥大学小组在非洲西岸的普林西比岛(Principe)应用一架10英寸的,克罗姆林带领的格林威治天文台小组在巴西的索布拉尔(Sobral)应用另两架。

  由于云彩的影响,爱丁顿小组获得的数据不多,只有两张可用的底片。而且,由于当地轮船公司即将罢工,他们只好提前离去,以是他们缺乏在当地拍摄的同一高度同一天区的对照底片。最后爱丁顿拍了一张另一天区的照片,而后在英国拍摄对照底片。

  克罗姆林小组的10英寸千里镜是在夜间对好焦距的。当早晨产生日食时,由于温度已经升高,热胀冷缩导致千里镜对焦不准,因此星象大多不清晰。

  4英寸千里镜失掉的底片效果则比较好。4英寸千里镜底片上共有7颗可用恒星,失掉的偏折角是1.98 角秒;爱丁顿小组10英寸千里镜上有5颗可用星,失掉的结果是1.61 角秒。这两组数据是事先爱丁顿等人公布的数据,具体数据到底有没有被动手脚,科学史上存在一定的争议。

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  根据狭义相对论,远处恒星发出的光芒经过大质量的天体如太阳时,由于引力的影响将产生偏折;日全食期间,太阳被遮蔽,这时拍摄的恒星,与平时在夜间拍摄的同一天区的恒星停止比对,会发明星体的位置产生变化。

  实际测量的时间,差别的恒星偏折角差别。通过数据拟合,给出在太阳边缘处的偏折角。在建立完整的狭义相对论后,爱因斯坦计算发明在太阳边缘处星光的偏折角是1.74角秒。

  以是,爱丁顿等人公布的数据与爱因斯坦计算出来的数据是接近的。这意味这什么?

  这意味这爱丁顿等人的试验是支持狭义相对论的。

  这对爱因斯坦厥后在全世界声名鹊起,起到了十分重要的影响。厥后有人还把这个事情拍摄成一部电影,叫做《爱因斯坦与爱丁顿》。

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