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通俗解釋相對論是什么意思(愛因斯坦的相對論內容是什么)

2019-10-13 12:41未知閱讀:1882評論:0

關于引力理論,我們最早接觸到的是牛頓在17世紀提出的萬有引力定律。那么,愛因斯坦的引力理論與牛頓的有什么區別呢?

在牛頓看來,宇宙中任何有質量的物體之間都會存在引力作用。大到天體,小到細菌,引力作用始終存在。無論距離多遠,都會存在引力,并且這種作用是瞬間產生的超距作用。根據萬有引力定律,物體之間的引力正比于物體質量之積,反比于物體之間的距離。牛頓的萬有引力定律非常成功,它解釋了為什么蘋果會落地,為什么地球會繞著太陽旋轉,甚至還能預言此前尚未發現的海王星的存在。

但到了19世紀,天文學家發現萬有引力定律存在缺陷。行星在繞著太陽運動過程中,每一圈的近日點其實都是不一樣的,這種現象被稱為近日點進動。越靠近太陽的行星,近日點進動值越大,水星近日點具有最大的進動值。

天文學家通過觀測發現,水星近日點進動的觀測值與通過萬有引力定律計算出來的結果存在一些差異,觀測值與理論值每個世紀相差43秒,這遠大于觀測誤差,所以必然是理論出了問題。

直到20世紀初,愛因斯坦提出了廣義相對論,水星近日點進動問題才得到完美的解釋。根據廣義相對論,空間不像牛頓所描述的那樣是絕對平直的,而是會在質量和能量的作用下發生彎曲。在彎曲的空間中,天體與光都會沿著測地線運動,由此表現出引力效應。

根據廣義相對論,太陽彎曲了周圍空間,如果有光從太陽表面上方穿過,其偏轉角度約為1.75角秒,這是通過牛頓引力理論計算出結果的兩倍。不久后,愛丁頓借助日全食的時機,測量了背景恒星發出的光從太陽附近經過時所偏轉的角度,結果與愛因斯坦的預言相符合,這進一步證實了廣義相對論。

此后,廣義相對論的幾大預言——引力紅移、引力時間膨脹效應、引力波,都被逐一證實,這奠定了廣義相對論在現代物理學中的重要地位。廣義相對論的一大實際應用是對導航衛星的時鐘校準。由于導航衛星遠離地球,所受地球引力作用較弱,所以星載時鐘走得比地面時鐘快一些。另外,還要考慮到狹義相對論所帶來的鐘慢效應。雖然這種時間差非常微小,但在導航衛星定位過程中會出現巨大的誤差。因此,需要排除掉相對論造成的時間膨脹效應,導航衛星才能起到精確定位的作用。

迄今為止,廣義相對論是描述宇宙引力現象最為成功的理論。萬有引力定律只是廣義相對論在弱引力場中的一種近似理論,但由于牛頓引力理論的形式更為簡單,所以在精度要求不高時可以方便使用。

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