广义相对论的实验验证
引力时间延迟效应
引力时间延迟效应引力时间延迟效应是指光线在通过强大引力场的时候，其传播速度会减慢，导致时间伸展的现象。
这一效应是由爱因斯坦的广义相对论预言并得到验证的。
在本文中，我们将探讨引力时间延迟效应的原理、实验验证以及其在天体物理学中的应用。
引力时间延迟效应的原理可以通过广义相对论的基本原理来解释。
根据相对论的观点，引力场是由物体的质量和能量分布所产生的弯曲时空。
当光线穿过引力场时，它需要沿着弯曲的时空路径传播，而这会导致光线的传播速度减慢。
由于光速是一个恒定值，当光线通过引力场时，它需要更长的时间才能到达观察者的位置，从而导致时间的延迟。
爱因斯坦的广义相对论预言了引力时间延迟效应，并且在1919年的日食观测实验中得到了验证。
在这个实验中，科学家通过观察太阳被月球遮挡的日食现象，测量了光线在通过太阳附近的强引力场时的偏折角度。
实验结果与广义相对论的预言非常吻合，从而证实了引力时间延迟效应的存在。
引力时间延迟效应在天体物理学中有着重要的应用。
例如，通过测量引力时间延迟效应，科学家可以确定天体中心的质量。
当有恒星或者其他致密物体存在时，它们会产生强大的引力场，从而引起周围光线的时间延迟。
通过测量这种时间延迟，科学家可以推断出物体的质量。
这项技术被广泛应用于测量黑洞和中子星的质量。
引力时间延迟效应还可以用来研究宇宙的演化和结构。
由于引力的存在，光线在穿过宇宙中的大规模结构时会发生偏折和时间延迟。
通过观测这些效应，科学家可以研究宇宙的分布、演化以及暗物质和暗能量等未知物质的性质。
引力时间延迟效应也在导航系统中得到了应用。
全球定位系统（GPS）是基于卫星的导航系统，它利用卫星发射的信号来确定位置。
然而，由于地球表面的引力场的存在，卫星发射的信号需要经过引力场才能到达接收器。
这导致信号的传播速度减慢，从而影响到导航系统的精度。
为了纠正这一效应，科学家需要对引力时间延迟进行修正，以确保导航系统的准确性。
总结起来，引力时间延迟效应是光线在通过强引力场时传播速度减慢导致时间伸展的现象。
理论的验证与修改
理论的验证与修改引言在科学研究中，理论的验证与修改是一个不可或缺的过程。
科学家通过实验、观测和推理等方法，对已经提出的理论进行验证，以确定其准确性和可靠性。
然而，随着科学的发展，新的观察结果和实验数据可能与现有的理论发生冲突，因此科学家需要对理论进行修改或调整，以适应新的发现。
本文将从理论验证的过程、修改的原则以及具体案例综述理论的验证与修改过程。
一、理论验证的过程理论验证是科学研究中一个重要的环节，它通过实验、观测和推理等方法，对已经提出的理论进行验证。
下面将分别介绍这三种方法。
1. 实验方法实验方法是科学研究中最为常用的方法之一。
科学家通过设计一系列实验来验证理论的可靠性。
实验需要严格的控制条件和可重复性，以保证实验结果的准确性。
实验结果与理论预测是否一致，将决定理论的正确性。
2. 观测方法观测方法是基于对自然现象和现实情况的观察和记录来验证理论的可靠性。
通过观察实际现象和收集相应数据，科学家可以验证某个理论是否能够解释和预测观察到的现象。
观测方法在天文学、地球科学等领域得到了广泛应用。
3. 推理方法推理是通过逻辑推理和数学推导等方法来验证理论的可靠性。
科学家使用推理方法来推导出理论的逻辑结构和数学方程，并通过比较推导结论与实际观测结果的一致性来验证理论的准确性。
二、理论修改的原则理论修改是科学研究中不可避免的一个过程。
当新的观察结果和实验数据与现有理论发生冲突时，科学家需要对理论进行合理的修改或调整。
下面将介绍几个常见的理论修改原则。
1. 经验修改原则经验修改原则是根据实验或观测数据的结果对理论进行修改。
当实验结果与理论预测不符时，科学家将根据实验数据对理论进行相应的修正，从而使得理论能够更好地解释实际现象。
2. 简化修改原则简化修改原则是在理论与实验数据冲突时，对理论进行简化或修剪，以使其更加简洁和精确。
科学家倾向于选择更简单和更精确的理论，以解释复杂的现象。
3. 统一修改原则统一修改原则是将多个理论合并为一个更一般和综合的理论。
广义相对论验证
广义相对论验证
广义相对论已经在多个实验中得到验证，其中最著名的是:
1. 光线偏移：1919年英国天文学家爱因斯坦在日偏食实验中观测到光线经过重力场时偏转的现象，验证了广义相对论中的引力学说。
2. 时间膨胀：在高速运动的粒子钟实验中，观察到时间流逝速度由速度的变化而改变，这也是广义相对论预测的效应。
3. 地球和GPS系统的时间差：GPS系统非常精确，但是因为地球的引力场（比如大气层）而产生的时间差异非常微小，广义相对论预测了这种效应，GPS已经对这种效应进行了补偿。
4. 黑洞：确认了物体在极度引力的情况下会塌缩成一个无穷小的点（称为奇点），形成了一种称为黑洞的天体。
这些实验证明了广义相对论是正确的，实际上它已经成为了现代物理学的基石。
广义相对论的四大验证
广义相对论的四大验证
中文
20世纪最杰出的物理学家爱因斯坦提出了广义相对论（General relativity），
这是一种介绍万有引力力学和宇宙学的理论。
爱因斯坦的理论在现代的天文学和物理学研究中发挥着重要的作用。
那么，爱因斯坦的广义相对论有哪些验证呢？
一、光衍射现象验证：根据相对论，引力会对光速产生影响，特别是靠近质量
较大的天体时，就很容易发现光衍射现象。
例如，今夏在波士顿用望远镜集中观察到的太阳的光圈。
二、引力色散验证：爱因斯坦的理论认为，引力会对物体的运动速度产生影响，使同一系统的物体运动速度变化趋于平均，所谓的引力色散。
其中最典型的例子是观察到的千万光年双星系统，科学家们发现随着双星系统离开地球观测器越来越远，双星运动速度也逐渐减慢。
三、思考实验检验：爱因斯坦说，重力不仅会改变物体的运动状态，还ま会改
变观测者的时间膨胀，即时间转换率。
在比较大的重力场时，观测者测量到的精确时间就会相对于一个弱重力水平而言有所减慢。
四、引力透镜效应：当一个星系和另一个星系被非常接近的大质量物体——如
黑洞的紧密分离时，星系的光会受到重力的影响，将被折射到另一个星系。
这种引力透镜效应导致的额外星系光被称为弯曲的星系。
这种现象的实验检验和理论预测是爱因斯坦相对论的一个非常重要的证据。
综上所述，爱因斯坦提出的广义相对论有四大验证：光衍射现象验证、引力色
散验证、思考实验检验和引力透镜效应。
这四种证据从物理学的角度准确地描述了万有引力的规律，为现代宇宙的发现和研究提供了坚实的基础。
广义相对论的验证
让知识带有温度。
广义相对论的验证广义相对论的验证第一个水星近日点的运动实验爱因斯坦的预测证实，在弯曲的时空中，光芒必定沿着一个弯曲的轨迹行进，在加速参照系中，光的运行轨迹必然是曲线。
因此，按照相对性原理，光在任何时空中的运动轨迹也一定是弯曲的。
爱因斯坦为了检验这一假设，挑选了太阳系的太阳引力场来举行计算，计算结果表面当遥远的星光拂过太阳表面时，将会发生一点七秒的偏转。
这一结论将可以通过全日食时举行观测检验。
二战结束的1919年，在英国天文学家爱丁顿的支持与鼓舞下，英国科学界为了证明爱因斯坦的结论，派出了两支远征队分赴两地观看日全食，经过仔细的观测和讨论得出最后的结论，星光确实在太阳附近发生了一点七秒的偏转，英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了这一观测报告，爱第1页/共3页千里之行，始于足下因斯坦按照光芒受引力场折射的计算结果与现实如此之吻合。
其次个是光芒在引力场的偏移实验在一个足够大的引力场的作用下，空间和时光将发生“弯曲”。
这一理论明显彻低不同于人们对空间和时光的阅历熟悉，也颠覆了以牛顿经典物理学为基础的空间、时光理论。
爱因斯坦以惊人的天才提出了这一理论，并已经对其举行了近乎完善的数学论证。
当初担任剑桥高校天文台台长的爱丁顿组织了两支观测队，一支由当初的格林尼治天文台台长弗兰克·华生·戴森率领，前往巴西的索布拉尔；另一支则由爱丁顿亲手带队，前往非洲西部的普林西比岛，当初这是观测日食效果最好的两个地点。
Robin Carchpole博士说，爱丁顿在某种意义上说是这两支队伍共同的“智力领袖”。
两支队伍采纳了不同的观测办法。
格林尼治天文台的队伍在观测完日食时的恒星位置之后，于6个月后返回同一地点，此时太阳已经离开本来天区，这些恒星能够在夜间观看到，并且彻低不再受太阳引力场的影响。
他们将6个月后的恒星位置与日食时的恒星位置举行比较，以推断太阳对光芒的影响。
爱丁顿则实行另一种办法，请身在英国的讨论人员在夜间观看金牛座的这批恒星（因为身处地球不同位置，普林西比只能在白天看到这些星星，英国却可以在夜里看到），将所得的恒星位置与他观看到的举行比较。
物理学中的广义相对论应用研究
物理学中的广义相对论应用研究物理学是一门探索自然界的学科，在这个领域中，广义相对论是一项重要的理论。
广义相对论是爱因斯坦在20世纪初提出的，它描述了引力的本质以及物质和能量如何影响时空的弯曲。
广义相对论的应用研究在现代科学中有着深远的影响。
一、引力波的发现与研究广义相对论预言存在引力波的存在，而引力波是宇宙中由质量和能量在时空中传播的扰动。
只有在极端情况下，例如两个质量巨大的天体相撞合并，时空的扰动才能够产生足够大的引力波。
2015年，科学家通过激光干涉引力波天文台(LIGO)首次成功探测到引力波，验证了广义相对论的预言。
这一发现不仅向我们揭示了宇宙中异常剧烈的事件，还为研究黑洞、中子星等天体提供了全新的手段。
二、引力透镜效应的观测与解释广义相对论的另一个重要应用是解释引力透镜效应。
引力透镜效应是因为质量在时空中产生弯曲，导致光线在其周围弯曲而形成的一种现象。
这种现象被广泛应用于天文学中，可用于探测遥远星系背后的暗物质分布、测量距离以及研究宇宙的大尺度结构。
通过观测引力透镜效应，科学家获得了对宇宙和引力的更深入的理解。
三、黑洞与时空的研究广义相对论在黑洞研究中发挥了重要作用。
黑洞是由于极端质量密度而引起的空间弯曲，使得任何事物都无法逃脱其引力。
广义相对论通过描述具有质量的物体如何扭曲时空，并利用爱因斯坦场方程式来描述黑洞的属性和行为。
研究黑洞有助于深入了解引力的本质以及宇宙的演化过程。
四、宇宙起源与演化的模型建立广义相对论为研究宇宙起源与演化提供了理论基础。
它的方程式和原理被应用于宇宙大爆炸理论中，揭示了宇宙早期的发展过程。
通过利用广义相对论的模型建立和计算，科学家能够探索宇宙最初的时刻以及宇宙结构的形成。
总结：物理学中的广义相对论应用研究涉及到众多领域，包括引力波、引力透镜效应、黑洞研究以及宇宙起源与演化等。
这些研究的成果丰富了我们对宇宙和引力的认识。
广义相对论不仅为理论物理学提供了重要的基础，也对现代科学和技术的发展产生着深远的影响。
广义相对论是如何被证明的？
广义相对论是如何被证明的？广义相对论是如何被证明的？光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。
但对这一预言的验证常被戏剧化地、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。
那么，真实的情形如何呢？在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》中，有这样一个镜头，1919年秋季某一天在德国柏林，爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片，对普朗克说：（大意）多么真实的光线弯曲啊，多么漂亮的验证啊！光线在通过大质量物体附近时会发生弯曲，这是广义相对论的一个重要预言。
但对这一预言的验证常被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者，大大偏离了科学史史实。
笔者觉得围绕光线弯曲的预言与验证，有以下三个方面的史实需要澄清。
首先，光线弯曲不是广义相对论独有的预言。
早在1801年索德纳（Johann von Soldner，1766－1833）就根据牛顿力学，把光微粒当做有质量的粒子，预言了光线经过太阳边缘时会发生0.87角秒的偏折。
1911年在布拉格大学当教授的爱因斯坦根据相对论算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。
1912年回到苏黎士的爱因斯坦发现空间是弯曲的，到1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。
获得的量。
靠近太阳最近的一、二颗恒星往往非常强烈地影响最后的结果。
作了上述澄清之后，再来看本文开头所述的电影《爱因斯坦》中的艺术表达手法，过分得有点在愚弄观众的味道了；而一些科学类读物中的说法，譬如“爱丁顿率领着考察团，去南非看日食，真的看见了”这样的描述也过于粗略，容易产生误导。
那么，对光线弯曲预言的验证的真实历史是怎样的呢？爱丁顿对检验广义相对论关于光线弯曲的预言十分感兴趣。
为了在1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测，英国人组织了两个观测远征队。
一队到巴西北部的索布拉尔（Sobral），另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛（Principe），爱丁顿参加了后一队，但他的运气比较差，日全食发生时普林西比的气象条件不是很好。
广义相对论的三个重要实证
广义相对论的三个重要实证广义相对论，由爱因斯坦于1915年提出，是物理学领域的一项里程碑式理论。
它从根本上改变了我们对空间、时间和引力的理解，预言了诸如引力波、黑洞和时空弯曲等革命性的现象。
以下是广义相对论的三个重要实证，它们不仅证实了理论的准确性，也加深了我们对宇宙的认知。
一、引力透镜效应引力透镜效应，又被称为爱因斯坦透镜效应，是广义相对论中描述光线由于引力场弯曲的预言。
这种现象是指当光在通过强引力场时，会发生类似于透镜的折射效果，导致光线弯曲、聚焦和放大。
这一现象在1919年的日食期间首次被观测到，证实了爱因斯坦的预言。
引力透镜效应在宇宙中广泛存在，例如在星系团、黑洞和行星等天体周围。
它不仅揭示了引力的作用机制，也为我们提供了观测宇宙的新视角。
引力透镜效应还可以用来测量宇宙中的物质分布、黑洞和暗物质的性质，进一步推动我们对宇宙的深入了解。
二、行星轨道与光度计测量行星轨道和光度计测量是验证广义相对论的另一种重要方法。
根据广义相对论，行星轨道会受到太阳质量的引力影响而发生微小的变化。
这些变化体现在行星轨道的进动（即行星绕太阳旋转的周期变化）和光度计测量（即行星相对于背景星光的亮度变化）。
通过精确测量行星轨道和光度计数据，科学家们可以验证广义相对论的预言。
事实上，广义相对论的预测与观测数据非常一致，这进一步证实了爱因斯坦的理论。
此外，这些观测数据还可以用来研究太阳系中其他天体的性质，如行星、卫星和彗星等。
三、重力红移现象重力红移现象是广义相对论中描述光在强重力场中传播时波长变长的预言。
当光从一个强重力场传播到地球时，由于引力作用，光的波长会变长，表现为红化现象（即光的颜色变红）。
这一现象可以通过观察远处的天体或实验室中的实验来验证。
例如，科学家们可以通过观测星体的光谱线移动来测量重力红移现象。
实验中，也可以通过发射激光到强重力区域（如高塔或卫星）并观察返回的光线波长变化来验证重力红移。
事实上，实验已经证明广义相对论的预测与观测结果相符。
广义相对论中的等效原理
广义相对论中的等效原理广义相对论中的等效原理是阐述物体在重力场中的运动与加速度场中的运动之间的等效性。
该原理是由爱因斯坦提出的，并被认为是广义相对论的基石之一。
等效原理的核心概念是，无论物体处于任何加速度场中，总可以找到一个等效的重力场，使得物体在其中以相同的方式运动。
等效原理主要分为弱等效原理和强等效原理两个方面。
弱等效原理，也被称为伽利略等效原理，是在引力场较弱情况下所适用的近似原理。
它指出，质点在重力场中运动时，其运动规律与质点在惯性系中运动的规律是一样的。
也就是说，在小范围内，质点受到的重力场可以近似看作惯性力。
强等效原理则更加深入和精确。
它认为，对于任何小区域内的观测者，物体在重力场中的运动规律和物体在任何其他加速度场中的运动规律是完全等效的。
也就是说，无论重力场有多强，重力与非重力加速度之间不存在任何可区分的效应。
等效原理的意义在于将广义相对论中的重力概念与牛顿的经典物理学连接起来。
它为理解重力场的性质提供了一种新的观点，并在解释黑洞、宇宙膨胀等现象中发挥了重要作用。
进一步扩展和深入分析等效原理，我们可以从几个方面来讨论。
首先是相对性原理与等效原理的关系。
相对性原理是相对论的基础，它指出物理规律在不同参考系中具有相同的形式。
等效原理可以看作是相对性原理在引力场中的具体应用，它使得重力场与加速度场之间具有等价性。
等效原理基本上是相对性原理的一个特例。
其次是等效原理的实验验证。
等效原理的实验验证是广义相对论的重要支持。
其中最著名的实验是Eötvös实验，通过比较不同物质的重力和惯性质量的比值来验证等效原理。
实验结果显示，不同物质的重力和惯性质量比值非常接近，从而支持了等效原理的正确性。
此外，等效原理在引力红移、光线偏转等现象的解释上也起到了关键作用。
光线在重力场中的弯曲可以通过等效原理理解为光线在相同加速度场中的弯曲。
这解释了为什么太阳光经过太阳边缘时光线会发生弯曲。
爱丁顿到底有没有验证广义相对论
爱丁顿到底有没有验证广义相对论？一个教科书中的神话有一些进入了教科书的说法，即使被后来的学术研究证明是错了，仍然会继续广泛流传数十年之久。
“爱丁顿1919年观测日食验证了广义相对论”就是这样的说法之一。
即认为爱丁顿通过1919年5月的日全食观测，验证了爱因斯坦广义相对论对引力场导致远处恒星光线偏折的预言。
这一说法在国内各种科学书籍中到处可见，稍举数例如下：理查德·奥尔森等人编的《科学家传记百科全书》“爱丁顿”条这样写道：“爱丁顿……拍摄1919年5月的日蚀。
他在这次考察中获得的结果……支持了爱因斯坦惊人的预言。
”著名的伽莫夫《物理学发展史》、卡约里《物理学史》中都采用同样的说法。
在非物理学或天体物理学专业的著作中，这种说法也极为常见，比如在卡尔·齐默所著《演化：跨越40亿年的生命纪录》一书中，为反驳“智能设计论”，举了爱因斯坦广义相对论对引力场导致远处恒星光线偏折的预言为例，说“智能设计论”无法提出这样的预言，所以不是科学理论。
作者也重复了关于爱丁顿在1919年日食观测中验证了此事的老生常谈。
这个说法还进入了科学哲学的经典著作中，波普尔在著名的《猜想与反驳》一书中，将爱丁顿观测日食验证爱因斯坦预言作为科学理论预言新的事实并得到证实的典型范例。
他说此事“给人以深刻印象”，使他“在1919～1 920年冬天”形成了著名的关于“证伪”的理论。
爱丁顿验证了广义相对论的说法，在国内作者的专业书籍和普及作品中更为常见。
长高的秘诀有效增高这个被广泛采纳的说法从何而来的呢？它的出身当然是非常“高贵”的。
例如我们可以找到爱丁顿等三人联名发表在1920年《皇家学会哲学会报》（Philosophical Transactions of the Royal Society）上的论文，题为《根据1919年5月29日的日全食观测测定太阳引力场中光线的弯曲》，作者在论文最后的结论部分，明确地、满怀信心地宣称：“索布拉尔和普林西比的探测结果几乎毋庸置疑地表明，光线在太阳附近会发生弯曲，弯曲值符合爱因斯坦广义相对论的要求，而且是由太阳引力场产生的。
广义相对论效应
强等效原理 与时空弯曲
9岁的爱德华: “爸爸，你为什么这样出名？” 爱因斯坦： “你看见没有 ，当瞎眼的甲 虫沿着球面爬 行的时候，它 没发现它爬过 的路径是弯的， 而我有幸地发 现了这一点。”
广义相对论 的基本原理
所有参考系都是平权的，物
理定律必须具有适用于任何参 考系的性质。
强等效原理：
按牛顿力学，行星的轨道是以太阳为焦 点的椭圆形闭合曲线，实际天文观测到水 星在近日点有进动，每世纪5557.62”，比 牛顿理论的计算值多了44.11”，成了世纪 之谜。直到广义相对论成功预言了水星在 近日点的进动，每世纪应有44.11”的附加 值。这是时空弯曲对牛顿反平方定律的修 正。可以看作是广义相对论早期重大验证 之一。
在每一事件(时空点)及其邻 域里存在一个局域惯性系,即与在引
力场中自由降落的质点共动的参考Biblioteka 系，在此局域惯性系一切物理定律
具有狭义相对论的形式。
注意到弱等效原理
惯性质量=引力质量
局域惯性系的惯性力 是引力的一种形式
即
惯性力等效于引力
爱因斯坦电梯
“引力场等效加速度”？
如果 说 “引力场等效加速度” ，此 结论未免过于粗糙。事实上，引力场并 非简单地等效加速度，应该是“引力场 中任一点及其邻域，等效于同处存在一 个局部自由降落的参考系—局部惯性系 ，在其中狭义相对论定律完全适用。”
星体附近的局域惯性系K’相对于 惯性系K的速度为
v
2GM r
dt
dt' 1v c
2 2 2
2
dt' 1 2GM c r
2
dr dr' 1 v c 粒子速度
dr' 1 2GM c r
关于广义相对论五大检验
关于广义相对论五大检验广义相对论是爱因斯坦于1915年提出的一种理论，通过描述物质在引力场中的运动轨迹，解释了引力的本质，改变了我们对宇宙的认识。
但广义相对论理论具有非常高的复杂性，因此需要通过实验来验证其正确性。
下面，我们将会分别介绍广义相对论的五大检验实验。
一、物体落体实验物体落体实验是广义相对论的最简单实验，早在17世纪就已有人进行过。
基于相对论的预测，物体自由下落的加速度不会受其质量、形状或者构成材料的影响，而只与引力场的大小有关。
美国物理学家罗伯特·德鲁（Robert Dicke）在1959年对此进行了精确的实验验证，并得到了验证广义相对论的结果。
二、水星轨道进动水星轨道进动是广义相对论的重要预测之一。
根据牛顿引力定律，在太阳的引力下，行星轨道应该是一个正圆。
但在广义相对论的预测下，行星轨道会受到太阳引力场的弯曲，导致轨道的偏移。
德国天文学家卡尔·威廉·雷姆斯（Karl Wilhelm Reinmuth）首先观测到了水星轨道的进动，但其实验结果并不够精确。
直到1970年，美国天文学家约瑟夫·霍特顿·泰勒通过精确的实验观测，得到了与广义相对论预测的结果相符的数据。
三、引力透镜效应引力透镜效应是广义相对论提出的又一项预测。
当星系、太阳等大质量物体位于光线传播路径上时，它的引力会使光线偏折，从而形成弧形透镜。
美国物理学家弗兰克·雪菲尔德（Frank E. Schunfeld）和阿瑟·埃森堡（Arthur Eddington）首次观测到了经过太阳引力透镜的远处恒星的光线弯曲。
这个预测在1987年的超新星SN 1987A中也被观测到了。
四、格拉维波实验格拉维波是广义相对论的又一项重要预测，其存在性被认为是广义相对论正确性的重要检验。
由于格拉维波传播速度远小于光速，因此对于观测来说具有很大的难度。
直到2015年，美国的LIGO实验室通过对两个质量非常大的黑洞碰撞时产生的格拉维波的探测，首次直接证实了其存在。
引力波大发现,验证了爱因斯坦的广义相对论
进入黑洞就意味着连光都没法逃逸出来，但在《星际穿越》中，身在黑洞之中的男主角通过引力波穿越时间和空间的维度给女儿传递了摩斯电码。
如今，这种现象终于被证实存在。
“我们检测了引力波。
我们做到了！”美国东部时间2016年2月11日10点30分（北京时间23点30分），美国激光干涉引力波天文台（LIGO）执行主任大卫•瑞兹宣布，科学家们寻找引力波的努力终于收获成果，这距离1916年爱因斯坦预言引力波存在刚好一百年。
爱因斯坦再次“封神”，引力波是加速中的质量在时空中所产生的波动，也被比喻为时空“涟漪”。
爱因斯坦在1916年提出广义相对论，认为引力是由于质量所引发的时空扭曲所造成，任何有质量的物体加速运动都会对周围的时空产生影响，其作用形式就是引力波。
科学界公认，探测引力波是难度最大的前沿科技之一，也是一项意义极其重大的物理学基础研究。
作为爱因斯坦广义相对论中最重要但也一直未被证实的预言，引力波是物理学王冠上最耀眼的一颗明珠，一旦探测成功，将是人类认知史上具有里程碑意义的科学发现。
大卫·瑞兹表示，正如望远镜开辟了现代观测天文学，引力波的发现，开辟了观测宇宙一扇新的窗户。
或许，还能开创一个新的学科，叫引力波天文学。
早在1974年，美国科学家罗素·赫尔斯和约瑟夫·泰勒观测到一个脉冲星与另一个中子星相互绕转组成的双星系统，由于辐射引力波，脉冲星的轨道缓慢地缩小,轨道变化率与相对论的预言高度一致。
仅仅是这一间接的证明，就让两位科学家获得了1993年的诺贝尔物理学奖。
引力波在宇宙中无处不在，但非常微弱，只有在超新星爆发、中子星与黑洞等天体相撞的情况下，才会产生足够强烈的引力波。
探测到引力波，是对广义相对论的验证。
根据广义相对论,一对黑洞在相互绕转过程中通过引力波辐射而损失能量,逐渐靠近。
这一过程持续数十亿年,在最后几分钟里快速演化：两个黑洞以几乎是一半光速的速度碰撞在一起,形成一个质量更大的黑洞。
等效原理与广义相对论
和一加速参考系之间的等效性。
这样，引力和惯性看来并非物质内部不
同性质，而仅仅是一切物质的一个更基本的
目 录 实际情况可能要复杂得多，因为 “真第8 章
正的” 引力场不一定是均匀的。
考察在 a 点和 b 点
的地球引力场，引力场 等效加速度
的大小和方向在这两点 都不一样。我们可以认 为局部点(在 a 点和 b 点附近)的引力场等效 于不变的加速度，而这 个加速度的大小从一点
则光子具有动质量： m = hυ/c2。
由于任何质量都受引力的作用，则当
频率为υ0光子位于质量 Ms，半径为 Rs 的 一个大星球表面附近时，它的引力势能：
Ep= - Ghυ0 Ms /Rs c2 当光子从星球的低势能向地球的高势
能运动时，能量 E 要减小，相应的频率也 降低。
目录
能量守恒定律：
hυ- GhυMe/c2Re = hυ0 - Ghυ0Ms/c2Rs 其中 Me 和 Re 分别为地 球的质量和半径，υ为到 达地球时光子的频率。
目录
以地球惯性系观测：
第8 章
引力场
a
b
Eg
E’
地球
目录
以非惯性系（加速度为 ao ）观测：
第8 章
等效加速度
ao
a Eg
a’o b E’g
地球
目因录此，我们可以推断：
第8 章
等效原理：
一个观察者无法通过力学规律来区别他
的实验室是在一均匀引力场中还是在一个相
对于惯性系被加速的参考系中。
因为就运动的描述而言，它表明引力场
2、要么认为空间本身具有一定的曲率。爱
因斯坦选择了后者。
爱因斯坦假设等效原理不仅仅适用于力 学，而且也适用于所有物理学规律。
爱因斯坦广义相对论得到论证的过程
爱因斯坦广义相对论得到论证的过程嘿，你知道爱因斯坦的广义相对论不？那可真是个超级厉害的理论啊！当年，爱因斯坦就像一个超级智慧的探险家，提出了广义相对论这个大胆又神奇的想法。
他说啊，引力可不是什么普通的力，而是时空弯曲的表现。
这就好比啊，把时空想象成一张巨大的弹性网，物体放上去就会让网凹下去，其他物体就会沿着这个凹痕运动，这就是引力啦！那怎么论证这个超级理论呢？这可不是一件容易的事儿啊！爱因斯坦自己就花费了好多好多的脑细胞。
首先呢，科学家们开始观测那些遥远的天体。
比如说，星星的位置和运动轨迹。
嘿，这不看不知道，一看吓一跳！通过仔细的观测和计算，他们发现一些星星的行为真的很奇怪，就好像有什么神秘的力量在拉扯它们似的。
这不就和广义相对论说的时空弯曲很像嘛！然后呢，还有日食的时候。
日食的时候，太阳的光芒被遮住了，我们就能看到太阳背后的星星啦。
科学家们发现，这些星星的位置好像和平时不太一样呢！这就像是给广义相对论来了一个有力的证据。
还有啊，引力波的发现也是一个超级重要的证据呢！想象一下，时空弯曲就像水面的涟漪，而引力波就是这些涟漪的传播。
科学家们通过超级厉害的仪器，真的检测到了引力波的存在，这可真是太让人兴奋啦！你说，这广义相对论是不是超级神奇？它就像一把钥匙，打开了我们对宇宙的新认识。
从一开始被很多人怀疑，到后来一个又一个证据的出现，证明了爱因斯坦的智慧和勇气。
我们普通人可能很难完全理解广义相对论的复杂数学和高深概念，但这并不妨碍我们感受到它的伟大和神奇呀！它让我们知道，宇宙中还有那么多我们不知道的奥秘等待我们去探索。
这不就像是我们的人生吗？有时候我们会遇到一些看起来很难理解、很难解决的问题，但只要我们有勇气去探索，有耐心去寻找证据，也许就能找到答案呢！广义相对论的论证过程，是科学家们一步一个脚印走出来的，是他们用无数的观测和实验堆积起来的。
它让我们对宇宙的认识更加深刻，也让我们对人类的智慧和勇气充满了敬佩。
广义相对论的实验验证
广义相对论的实验验证（1）厄缶实验19世纪末，匈牙利物理学家厄缶用扭秤证实了惯性质量与引力质量在极高的精确度下，彼此相等。
厄缶实验的设计思想极为简单。
扭秤的悬丝下吊起一横杆，横杆两端悬吊着材料不同、重量相同的重物。
达到平衡后，使整个装置沿水平旋转180°，若惯性质量与引力质量相等，由于无额外转矩出现，整个装置将始终保持平衡。
最后厄缶以10－9的精度，证实了两种质量的等同。
由于利用简单而巧妙的实验得到精度极高的测量结果，厄缶获得德国格廷根大学1909年度的本纳克（Benecke）奖。
（2）水星近日点进动的观测在经典力学这座坚固的大厦中，牛顿力学犹如擎天大柱，已经经受住了两个世纪的考验。
把引力作为力的思想似乎根深蒂固。
随着时间的推移，牛顿力学的成功事例在不断地增多。
1705年哈雷（Edmund Halley，1656～1742）用牛顿力学计算出24颗彗星的结果，并指出在1531年、1607年和1688年看到的大彗星，实际上是同一颗，这就是后人所称的哈雷彗星。
克雷洛（Alxis Claude Clairaut，1713～1765）在仔细地研究了哈雷的报告后，又根据牛顿力学计入了木星与土星对彗星轨道的影响，预言人们将在1758年圣诞节观测到这颗彗星，果然它如期而至。
后来人们又先后在1801年、1802年、1804年以及1807年发现木星与土星轨道间有四颗小行星，它们的轨道也都与牛顿引力理论的计算结果相符。
19世纪40年代，法国的勒威耶（Urbain Jean Jeseph Leverrier，1811～1877）、英国的亚当斯（John Couch Adems，1819～1892）分别对天王星的轨道偏差做了计算，由此导致了海王星的发现，这又是牛顿力学的一次辉煌的胜利。
1915年，爱因斯坦的广义相对论建立后，史瓦西（Karl Sahwarzschild，1873～1916）很快地找到了球对称引力场情况下的引力场方程解，后来被称为史瓦西解，或史瓦西度规。
物理学史6.5 广义相对论的实验检验
6.5广义相对论的实验检验在广义相对论建立之初，爱因斯坦提出了三项实验检验，一是水星近日点的进动，二是光线在引力场中的弯曲，三是光谱线的引力红移。
其中只有水星近日点进动是已经确认的事实，其余两项只是后来才陆续得到证实。
60年代以后，又有人提出观测雷达回波延迟、引力波等方案。
6.5.1水星近日点进动1859年，天文学家勒维利埃（Le Verrier）发现水星近日点进动的观测值，比根据牛顿定律计算的理论值每百年快38角秒。
他猜想可能在水星以内还有一颗小行星，这颗小行星对水星的引力导致两者的偏差。
可是经过多年的搜索，始终没有找到这颗小行星。
1882年，纽康姆（S.Newcomb）经过重新计算，得出水星近日点的多余进动值为每百年43角秒。
他提出，有可能是水星因发出黄道光的弥漫物质使水星的运动受到阻尼。
但这又不能解释为什么其他几颗行星也有类似的多余进动。
纽康姆于是怀疑引力是否服从平方反比定律。
后来还有人用电磁理论来解释水星近日点进动的反常现象，都未获成功。
1915年，爱因斯坦根据广义相对论把行星的绕日运动看成是它在太阳引力场中的运动，由于太阳的质量造成周围空间发生弯曲，使行星每公转一周近日点进动为：ε=24π2a2/T2c2（1-e2）其中a为行星的长半轴，c为光速，以cm/s表示，e为偏心率，T为公转周期。
对于水星，计算出ε=43″/百年，正好与纽康姆的结果相符，一举解决了牛顿引力理论多年未解决的悬案。
这个结果当时成了广义相对论最有力的一个证据。
水星是最接近太阳的内行星。
离中心天体越近，引力场越强，时空弯曲的曲率就越大。
再加上水星运动轨道的偏心率较大，所以进动的修正值也比其他行星为大。
后来测到的金星，地球和小行星伊卡鲁斯的多余进动跟理论计算也都基本相符。
6.5.2光线在引力场中的弯曲1911年爱因斯坦在《引力对光传播的影响》一文中讨论了光线经过太阳附近时由于太阳引力的作用会产生弯曲。
他推算出偏角为0.83″，并且指出这一现象可以在日全食进行观测。
【精品文献】广义相对论
百度首页 | 登录新闻网页贴吧知道MP3图片视频百科文库帮助设置首页自然文化地理历史生活社会艺术人物经济科学体育红楼梦世博编辑词条广义相对论百科名片广义相对论（General Relativity?），是爱因斯坦于1915年以几何语言建立而成的引力理论，统合了狭义相对论和牛顿的万有引力定律，将引力改描述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空，以取代传统对于引力是一种力的看法。
目录[隐藏]简介基本假设广义相对论的基本概念主要内容广义相对论的实验检验爱因斯坦第四假设广义相对论-天体物理学上的应用广义相对论-进阶概念广义相对论-和量子理论的关系当前进展广义相对论基础教案示例简介基本假设广义相对论的基本概念主要内容广义相对论的实验检验爱因斯坦第四假设广义相对论-天体物理学上的应用广义相对论-进阶概念广义相对论-和量子理论的关系当前进展广义相对论基础教案示例[编辑本段]简介广义相对论爱因斯坦的第二种相对性理论（1916年）。
该理论认为引力是由空间——时间几何（也就是，不仅考虑空间中的点之间，而是考虑在空间和时间中的点之间距离的几何）的畸变引起的，因而引力场影响时间和距离的测量. 广义相对论：爱因斯坦的基于光速对所有的观察者（而不管他们如何运动的）必须是相同的观念的理论。
它将引力按照四维空间—时间的曲率来解释。
狭义相对论和万有引力定律，都只是广义相对论在特殊情况之下的特例。
狭义相对论是在没有重力时的情况；而万有引力定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况。
600千米的距离观看十倍太阳质量黑洞模拟图在600千米的距离上观看十倍太阳质量的黑洞（模拟图），背景为银河系背景爱因斯坦在1905年发表了一篇探讨光线在狭义相对论中，重力和加速度对其影响的论文，广义相对论的雏型就此开始形成。
1912年，爱因斯坦发表了另外一篇论文，探讨如何将重力场用几何的语言来描述。
至此，广义相对论的运动学出现了。
到了1915年，爱因斯坦场方程式被发表了出来，整个广义相对论的动力学才终于完成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
广义相对论的实验验证（1）厄缶实验19世纪末，匈牙利物理学家厄缶用扭秤证实了惯性质量与引力质量在极高的精确度下，彼此相等。
厄缶实验的设计思想极为简单。
扭秤的悬丝下吊起一横杆，横杆两端悬吊着材料不同、重量相同的重物。
达到平衡后，使整个装置沿水平旋转180°，若惯性质量与引力质量相等，由于无额外转矩出现，整个装置将始终保持平衡。
最后厄缶以10－9的精度，证实了两种质量的等同。
由于利用简单而巧妙的实验得到精度极高的测量结果，厄缶获得德国格廷根大学1909年度的本纳克（Benecke ）奖。
1933年6月20日，爱因斯坦在英国格拉斯哥大学作题为《广义相对论的来源》的讲话，表示他提出等效性原理的当时。
并不知道厄缶实验。
尽管如此，这并不能贬低厄缶实验的意义，它应该作为全部广义相对论的重要奠基石。
鉴于这一实验的精确度直接影响广义相对论理论的可靠性，以后几十年来，人们对这一实验的兴趣有增无减。
1960～1966年，狄克（Robert Henry ，Dicke ，1916～）等人为提高厄缶实验的精度，把厄缶的扭秤横杆改成三角形水平框架，又把石英悬丝表面蒸镀铝膜以避免静电干扰，并将整个装置置于真空容器中，使实验的精度推进了两个数量级，达到（1.3±1.0）×10－11。
1972年，前苏联的布拉金斯基（Braginsky ）和班诺夫（Panov ）对厄缶实验又做了重大的改进。
他们采用电场中的振荡法，旋转由激光反光光斑记录在胶片上，使实验结果又在狄克的基础上提高了两个数量级，即9×10－13。
（2）水星近日点进动的观测在经典力学这座坚固的大厦中，牛顿力学犹如擎天大柱，已经经受住了两个世纪的考验。
把引力作为力的思想似乎根深蒂固。
随着时间的推移，牛顿力学的成功事例在不断地增多。
1705年哈雷（Edmund Halley ，1656～1742）用牛顿力学计算出24颗彗星的结果，并指出在1531年、1607年和1688年看到的大彗星，实际上是同一颗，这就是后人所称的哈雷彗星。
克雷洛（Alxis Claude Clairaut ，1713～1765）在仔细地研究了哈雷的报告后，又根据牛顿力学计入了木星与土星对彗星轨道的影响，预言人们将在1758年圣诞节观测到这颗彗星，果然它如期而至。
后来人们又先后在1801年、1802年、1804年以及1807年发现木星与土星轨道间有四颗小行星，它们的轨道也都与牛顿引力理论的计算结果相符。
19世纪40年代，法国的勒威耶（Urbain Jean Jeseph Leverrier ，1811～1877）、英国的亚当斯（John Couch Adems ，1819～1892）分别对天王星的轨道偏差做了计算，由此导致了海王星的发现，这又是牛顿力学的一次辉煌的胜利。
尽管牛顿力学获得一次又一次的巨大成功，人们还是发现有一个现象不能由它得到解释。
从1859年起，勒威烈接受了阿拉戈的建议。
开始把观测的重点放在众星的微小摄动上。
他的观测与计算表明，水星的近日点每百年的进动量大约比牛顿引力理论计算值多出40弧秒。
1845年，他提出，水星的反常运动是受到一颗尚未发现的行星的影响，他称这颗行星为“火神星”，但是始终未能从观测中发现这颗火神星。
1882年．美国天文学家纽科姆（Simon Newcomb ，1835～1909）对水星的进动又做了更加详细的计算。
计算结果表明，水即B 点的进动量应为43″／百年。
开始，他认为这是发出黄道光的弥散物质使水星的运动受到了阻尼，后来又有人企图用电磁理论作出解释，但是都没有获得成功。
1915年，爱因斯坦的广义相对论建立后，史瓦西（Karl Sahwarzschild ，1873～1916）很快地找到了球对称引力场情况下的引力场方程解，后来被称为史瓦西解，或史瓦西度规。
爱因斯坦认为太阳的引力场适用于史瓦西解，由此应该对水星的近日点进动作出解释。
他认为，水星应按史瓦西场中的自由粒子方式运动；其轨迹就是按史瓦西度规弯曲的空间中的测地线。
按这种假设计算，水星每公转一周，它的近日点的进动角应为)1(2422222e c T a -=πε，其中a 为水星公转轨道的半长轴，e 为椭圆轨道的偏心率，T 为水星年周期。
当把水星年折合为地球年以后，计算出水星近日点的近动角为43″／百年。
这一结果恰好与纽科姆的结果相符，它不但解决了牛顿引力理论多年的悬案，而且为广义相对论提供了有力的证据，它成为验证广义相对论的三大有名的实验判据之一。
在获得这个实验判据的当时。
正是爱因斯坦废除他原来的引力场方程，并建立新的场方程后的不久。
得到这个相符合的结果，使他非常兴奋。
在1915年12月15日，爱因斯坦在写给波兰的一位老同事的信中说：“现寄上我的论文数篇，您从中将看出，我又一次推倒了我用纸牌搭起的‘小房子’，并且又搭了一所新的；至少中间那一层是新的。
观测证明，确实存在的水星近日点进动得到了解释，这使我感到非常高兴。
同样使我感到高兴的是，引力定律的广义协变原理终于取得了完满的结果。
”（3）光线的引力场弯曲牛顿在所发表的《光学》一书中，曾提出几个问题让后人思考。
在其中的第一个疑难中，他问道：物体对遥远的光不起作用吗？难道它的作用不能使光线弯曲吗？在19世纪初，有人利用牛顿的引力理论，计算出光通过太阳的表面时，大约应该有0.85弧秒的弯曲，这是按重物在太阳附近平抛关系算出来的结果。
1911年6月，爱因斯坦在《引力对光线传播的影响》一文中，也预言了光线经过太阳附近的弯曲效应。
然而这种弯曲不是出自于引力的“力”作用。
而是由于引力的空间弯曲效应引起的，所以它应与牛顿引力的光线弯曲作用有所不同。
按广义相对论的空间引力弯曲理论计算，光在太阳的史瓦西场中，其运动将遵守测地线方程。
当光粒子经过太阳表面时，一个远离太阳这一引力中心的观测者所观测到的偏转角应为024r c GM =δ，其中G 为万有引力常量，c 为光在真空中的速度，r 0为太阳的半径，也是光粒子路径到太阳质量中心的最近距离。
理论的计算给果应为1″.．75，相当于按牛顿引力理论计算值的2倍。
在提出这一预言的同时，爱因斯坦还提出了观测方法。
“由于在日全食时，可以看到太阳附近天空的恒星，理论的这一结果可以同经验进行比较。
”他希望天文学家们对这一结果进行实地考察。
当时正值战争时期，由于荷兰持中立立场，再加上爱因斯坦、洛仑兹、埃伦费斯特以及德西特之间多年的友谊，使爱因斯坦的论文经他们传送，迅速地越过英吉利海峡，由德西特最后递交到英国皇家学会。
当时爱丁顿（Arthur Stanley Eddington ，1882～1944）教授任英国皇家天文学会的秘书，他亲自阅读了这些论文，并仔细地加以审定。
爱因斯坦曾在他关于引力场方程的最后一篇通讯报导中说：“任何一个人，只要对这一理论有着充分的理解，就很少能从它那不可思议的理论魔法中逃脱出来。
”爱丁顿确实被它那诱人的魁力所吸引了。
在这以后的两年中，爱丁顿怀着激情给伦敦物理学会写了一篇《关于相对论引力理论的报告》，曾获1983年度诺贝尔物理学奖的钱德拉塞卡（ Subrahmayran Chandrasekhar ，1910～）曾称这篇报告“不仅条理清晰，而且简明扼要，至今对初学者也不愧是一篇优秀的读物”。
爱丁顿对广义相对论的热情很快地使他的密友、同事、皇家天文学会的戴孙（Frank Dyson ）受到感染，他们为1919年日食间的考察积极筹划。
当时，战争已经持续了两年多的时间，英国颁布了征兵法，爱丁顿年仅34岁，正符合英国战时的征兵条件。
戴孙及当时剑桥的挚友如拉莫尔（Joseph Larmor ）、纽沃尔（ H ．F ．Newal ）教授等人，为获得爱丁顿的缓役多方活动，直至上书到内务部，再加上戴孙通过他与英国海军部的密切关系，才得到豁免，但附上一个条件，即如果战争在1919年5月（日食发生期间）结束，爱丁顿应保证在那时带领一支考察队外出做日食考察。
1919年5月29日，恰好有一次日食发生。
英国皇家学会和皇家天文学会联合派出了两支考察队，分别由爱丁顿与克劳姆林（C ．D ．Crommelin ）教授带领，分赴几内亚湾的普林西比岛与巴西的索布腊尔两地进行观测。
关于这次考察，爱丁顿有过这样的回忆：“巴西组日食时天气理想，只是因为一些偶然情况，他们的观测结果在几个月之后才得到处理，但最终是他们提供了有决定意义的证明。
我当时在普林西比，日食那天，层云密布，还下着雨，几乎是没什么希望了。
接近全食阶段，太阳才开始隐隐约约地露面。
我们的工作按计划进行，希望情况不会像看上去那么坏。
全食终了之前，云层一定是变薄了，因为在多次失败中，我们还是得到两张所需要的星像底片。
把它们和太阳处于其它位置上时对同一星场所拍摄的底片进行比较，它们的差异将显示因光线在太阳附近经过时的弯曲现象造成的恒星表观位移……我们预先就准备在观测现场对这些底片进行测量，这并不是完全出于性急，而是担心回国途中会出现什么意外，所以立即对其中一张成功的底片进行了仔细的研究。
……日食后的第三天，当计算工作最后完成时，我已经知道爱因斯坦的理论经受位了这次检验，这种崭新的科学思想一定会被大家所接受。
”经过分析与比较，两支考察队的观测结果分别是α＝ 1″．61上0″．30和α＝1″．98±0″．12。
理论的预期值基本上与观测值相符。
11月6日，英国皇家学会和皇家天文学会联合举行了发布会，发布这次远征队的考察结果。
戴孙爵士请求第一个发言，他说：“认真研究过这些底片之后，我要说，底片肯定了爱因斯坦的预言。
”大会主席汤姆孙认为“这是牛顿时代以来，所取得的关于引力论的最重要的成果，它已不是发现一个外围的岛屿，而 是找到了整个科学思想的新大陆，它与爱因斯坦密切相关，所以应该在皇家学会的会议上宣布。
这个结果是人类思想的最伟大的成就之一。
”几周以后，汤姆孙又补充说：“物质使光偏斜，是牛顿提出的第一个疑难问题。
提出疑问本身就是一项十分重要的成就。
当观测的数值支持了爱因斯坦的引力定律时，它就更加重要了。
”（4）光谱线的引力红移早在1907年，爱因斯坦设想把相对性原理推广到加速参照系，并由此建立等效性原理时，由于考虑了引力与加速参照系的惯性力等效，直接得到了三条重要的结论。
其中之一就是来自太阳表面的光波波长将比地球上同类物质发光的波长长大约两百万分之一倍。
这一预言在该年发表的论文《关于相对论原理和由此得出的结论》中提出。
1911年，爱因斯坦在《引力对光传播的影响》的论文中，再次给出引力红移的公式：8200102-⨯=-=-cφννν 利用史瓦西的解也可以得出同样的结果。
爱因斯坦的这一结果恰与1909年由法布里（Charles Fabry ，1367～1945）、泊松（Boisson ）等人由观测谱线精细结构测出的潜线红移的数量级相同。