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李永樂老師, 如何推翻相对论?广义相对论的建立和实验验证 (2)
如何 推翻 相对论 ? 广义 相对论 的 建立 和 实验 验证 (2)
而且 愛因斯坦 就 懷疑
說 在 這個 四維時空 中 地球 所 做 的 運動
就 好像 是 平面 上 的 一個 直線 一樣
給它 起個 名字 叫測 地線 測 地線 是 吧
是 因為 太陽 造成 了 這個 時空 的 扭曲
這個 時空 扭曲 了 之後
就 會 有 一個 最短 或者 最長 的測 地線
物體 的 運動 就是 沿著 這個 測 地線 運動 的
這 就是 所謂 的 幾何 效應
你 把 地球 換成 一個 人
只要 人還 在 地球 軌道 上
並且 與 地球 同樣 的 速度 運動
他 還是 會 走 這個 測 地線 的
他 和 地球 的 質量 大小 沒有 什麼 關系 是不是
愛因斯坦 他 就 想到 了 這麼 一個 問題
也 通過 這個 問題
愛因斯坦 得到 了 一個 結論
說 引力 到底 怎麼回事
說 引力 是 這麼回事
首先 是 物質 的 存在 比如說 太陽 對 吧
物質 就 會 引起 時空 的 彎曲
本來 時空 是 平直 的
如果 時空 是 平直 的
那麼 就是 狹義 相對論 所 討論 的 範圍
但是 一旦 有 了 物質
這個 物質 就 會 造成 時空 的 彎曲
而且 質量 越大 時空 彎曲 就 越 厲害
比如 太陽 它 就 會 造成 周圍 時空 彎曲 非常 厲害
而 時空 的 彎曲
又 會 造成 旁邊 的 物體
做 這個 測 地線 的 運動 是 吧
造成 它 做測 地線 的 運動
造成 測 地線 的 運動
簡單 來說 就是 物質 告訴 時空 如何 彎曲
而 時空 告訴 物體 如何 運動
這 就是 廣義 相對論 的 核心內容
最 開始 愛因斯坦 就 提出 了 兩個 方程
第一個 方程 就是 告訴 我們
物質 如何 引起 時空 彎曲
我們 就 稱 之 為 引力場 方程
引力場 方程
後來 又 發現 了 一個
說 這個 時空 彎曲 如何 引起 測 地線 的 運動
就 稱 之 為 運動 方程 對 吧
再 後來 愛因斯坦 說
這兩 方程 第一個 可以 推出 第二個
所以 運動 方程 不必要
這 廣義 相對論 唯一 的 一個 核心 方程
就是 引力場 方程
這樣一來 就 解釋 了 引力 了
原來 我們 認為 引力 就是 物質 直接 引起 了 運動
這 就是 引力
現在 我們 認為 引力 是 物質 先 引起 了 時空 的 彎曲
而 時空 的 彎曲 造成 了測 地線 的 運動
這種 測 地線 的 運動
有點 類似 於 在 一個 四維時空 中 走 直線
我們 就 稱 之 為 是 幾何 效應
愛因斯坦 提出 的 這個 理論 是 非常 艱辛 的
最 開始 他 思考 也許 引力 是 一種 幾何 效應
但是 他 的 幾何學 又 不足以 支撐 他 提出 這個 理論
他 只好 找人 幫忙 找 誰 呢
就 找 他 大學 同學 格羅斯曼
咱們 以前 說過 愛因斯坦 在 上學 的 時候
學習成績 一般般 不算 很 好 對 吧
他 的 老師 閔可 夫斯基
就 提出 四維時空 這個 人
還是 斥責 愛因斯坦 是 條懶 狗
但是 他們 班有 好 學生 有 格羅斯曼
而且 格羅斯曼 跟 愛因斯坦 的 關系還 特別 好
每次 考試 之前
這就 格羅斯曼 都 把 自己 的 筆記 借給 愛因斯坦
這 愛因斯坦 畢業 之後 找 不到 工作
還是 格羅斯曼 找 他 爸給 愛因斯坦 走後門
介紹 了 一個 專利局 的 工作
格羅斯曼 對 愛因斯坦 幫助 很大
愛因斯坦 又 遇到困難 又 去 找 格羅斯曼
說 你 能 不能 告訴 我
說 我 這個 幾何 怎麼 補一補
格羅斯曼 是 個數 學家
他 就 經過 研究 發現
說 你 這個 可能 需要 黎曼 幾何
我 介紹 幾個 懂 黎曼 幾何 的 人給 你 認識 是 吧
讓 愛因斯坦 學了 半天 黎曼 幾何
學完 了 之後 就 發現 好像 有點 意思 了
但是 還差 那麼 一點
能 不能 再給 我 介紹 個人 呢
愛因斯坦 又 找到 了 誰 呢
找到 了 希爾伯特
希爾伯特 是 20 世紀 最 偉大 的 數學家
那麼 在 希爾伯特 的 啟發 之下
愛因斯坦 最終 在 1915 年 的 年底 的 時候
發表 了 一篇 論文
就 提出 了 廣義 相對論
其實 希爾伯特 在 跟 愛因斯坦 討論 的 過程 中
希爾伯特 也 產生 了 廣義 相對論 的 想法
而且 發表 論文 還比 愛因斯坦 早 五天
大家 註 意
希爾伯特 發表 廣義 相對論 論文
還比 愛因斯坦 早 五天
但是 為 什麼 我們 認為 廣義 相對論
不是 希爾伯特 發現 的 呢
這是 因為 希爾伯特 的 那 篇 論文 中
沒有 明確 地 提出 引力場 的 方程
後來 希爾伯特 看到 了 愛因斯坦 的 論文 之後
才 把 這個 引力場 的 方程
又 補充 到 自己 的 論文 當中 去
所以 希爾伯特 就 寫信給 愛因斯坦
恭喜 愛因斯坦
說 你 看 我們 的 理論 成功 了 發表 了
愛因斯坦 怎麼 說
愛因斯坦 說 那 是 我 的 理論
什麼 我們 的 理論
希爾伯特 說 是 是 是 你 的 理論 是 吧
希爾伯特 這個 人 比較 大度
沒有 跟 愛因斯坦 去 爭奪 這個
廣義 相對論 的 發明權
愛因斯坦 提出 廣義 相對論 之後 非常 的 自豪
他 說 如果 我 不 提出 狹義 相對論 的話
那麼 不 出 五年 什麼 洛倫茲 什麼 龐加萊
就 得 提出 狹義 相對論
但是 我 如果 不 提出 廣義 相對論 的話
五十年 之內 恐怕 都 沒有 人 能夠 提 得 出來 是 吧
最有 希望 的 是 希爾伯特
但 我 估計 沒有 愛因斯坦 的話
希爾伯特 可能 也 提 不 出來 廣義 相對論
那麼 廣義 相對論 到底 是 正確 的 還是 錯誤 的
它 得 能夠 經受 住 實驗 的 考驗 對 吧
所以 我們 來說 一下 實驗 的 證實
愛因斯坦 的 廣義 相對論 如何 用 實驗 去 進行 證實
第一個 實驗 就是 水星 的 近日點 的 進動
水星 的 近日點 的 進動 現象
什麼 叫 水星 近日點 進動 呢
根據 牛頓定律 計算 我們 以前 講過
牛頓定律 最初 的 發展
就是 解釋 了 從 萬有引力
如何 推導 出 行星 運動 是 橢圓
但是 後來 人們 經過 天文 觀測
發現 很多 星球 它 的 軌道 都 不是 一個 嚴格 的 橢圓
它 的 這個 長軸 都 在 不停 地 改變 位置
這個 現象 我們 稱之為 進動
進動 的 原因 是 什麼 呢
最初 人們 認為
就是 因為 其他 星球 的 這個 影響 對 吧
天體 的 攝動 歲差 等等 這些 原因 造成 的 是 吧
而且 這個 進動 以 水星 最為 明顯
水星 的 進動 是 每 100 年 5600''
每 100 年 水星 那個 長軸 會 進動 5600''
5600'' 是 多 大 的 角度 你 知道 嗎
一度 是 60' 一分 是 60''
也 就 一度 3600''
5600'' 大約 是 1.5'
100 年 才 進動 1.5 度
說明 這個 角度 非常 小
但是 這個 現象 在 1859 年 的 時候
就 已經 被 天文學家 勒維烈 發現 了
那 人們 就 去 思考 說
這 100 年 5600'' 的 這個 進動
是 如何 出現 的 呢
如果 我們 根據 牛頓定律 進行 計算
牛頓定律 就 去 考慮 其他 行星 的 這個 影響
什麼 歲差 什麼 攝動 這些 東西
大概 能算 出來
5557'' 每 100 年
每 100 年 它 應該 進動 5557''
但是 實際上 進動 是 5600''
所以 它 還差 了 43'' 每 100 年
這個 原因 是 什麼
最 開始 人們 一直 都 沒有 想 清楚
直到 愛因斯坦 思考 出 了 廣義 相對論 之後
他 利用 廣義 相對論 才 解釋 了 這個 問題
他 說 因為 太陽 的 質量 特別 大
所以 造成 了 周圍 時空 的 扭曲
我們 按照 這個 引力場 方程 再 指出 測 地線 運動
你 就 會 發現
水星 它 應該 還 補上 43''100 年 的 這個 進動
所以 得 通過 廣義 相對論 我們 才能 解釋
剩下 的 這 43'' 每 100 年 的 這個 進動 現象
愛因斯坦 證明 了 這件 事 之後 非常 的 高興
寫信給 他 的 朋友 說
你 知道 我 有 多 興奮 嗎
我 解釋 了 水星 的 這個 近日點 進動 現象 之後
好幾個 星期 我 都 睡 不 著覺 是 吧
愛因斯坦 當時 特別 的 興奮
那麼 除此之外
愛因斯坦 還 提出 了 另外 兩個 驗證 的 實驗
第二個 實驗 是 什麼 呢
這個 光線 的 偏折
我們 之前 說過
這個 引力場 就 造成 了 周圍 時空 的 這個 彎曲
造成 時空 彎曲 之後
光線 在 彎曲 的 時空 中 就 會 發生 偏折
就 光線 的 偏折 現象
我們 在 這裏 畫 一個 示意圖
就是說 如果 有 兩個 光線
分別 是從 兩顆 星 發過來 的 對 吧 發過來 的
這個 時候 我們 在 地球 上去 觀測
你 會 發現 它們 倆 之間 有個 夾角 α
但是 如果 這 兩顆 星是 在 太陽 附近 發過來 的
它 就 會 因為 太陽 的 引力
或者說 因為 太陽 造成 的 時空 扭曲 的 作用
而 發生 偏折
這樣一來 這個 角度 β 就 跟 α 角 就 不 一樣 了
就 能 看出 這個 差別 來
當然 太陽 的 光 特別 強
如果 你 這個 光線 離 太陽 太近 的話
你 就 看不清楚 這個 光線 了
所以 為 了 能夠 看清
必須 在 日食 的 時候 去 做 這個 實驗
於是 在 1919 年 的 時候
1919 年 天文學家 愛丁頓 就 帶 著 他 的 助手
去 做 了 這個 實驗
在 兩個 地方 做 的
那麼 愛丁頓 通過 測量 發現 這 兩個 角度
α 和 β 之間 的 偏差 有 多 大 呢
有 1.61'' 就 這 兩個 角度 之間 差別
而 愛丁頓 的 助手 測量 的 結果 是 1.98''
測出 這 兩個 值 了
那麼 按照 牛頓定律
我們 也 可以 計算 出 一個 值來
按照 廣義 相對論 我們 也 能 計算 出 一個 值來
只不過 按照 牛頓定律 計算出來 的 結果
是 廣義 相對論 的 一半
他們 兩個 誰 對 呢
按照 牛頓定律 計算出來 的 結果
應該 是 0.875''
而 愛因斯坦 的 廣義 相對論 計算出來 的 結果
是 1.75''
誰 對 呀
愛因斯坦 又 對 了
當 愛丁頓 把 這個 結果 告訴 愛因斯坦 的 時候
說 愛因斯坦 你 又 對 了
愛因斯坦 怎麼 回應 呢
他 說 我 從來 沒有 想到 過會 有 其他 的 結果
愛因斯坦 已經 非常 的 平靜 了 對 吧
好 這是 愛因斯坦 提出 的 第二個 實驗 驗證
他 又 對 了
第三個 實驗 驗證 的 是 引力 紅移 現象
引力 紅移 現象
什麼 叫 引力 紅移 現象 呢
就是 假如 這是 地球 或者 是 太陽 或者 什麼
在 這裏 發射 了 一 道光
發射 出去 之後
因為 這個 廣義 相對論 造成 的 時空 彎曲 效應
這個 光在剛 發射 時 的 頻率 ν₁
和 發射 到 很 高 的 地方 的 頻率 ν₂
它 是 不 一樣 的
這個 ν₂ 它會 比較 小
也就是說 它會 發生 紅移
這 就是 所謂 的 引力 造成 的 紅移 現象
而且 其實 我們 是 可以 進行 計算 的
如果 這個 距離 是 L 的話
我們 可以 列 一個 近似 的 公式
就是 在 地面 上
這個 光子 它 的 能量 叫 普朗克 常數 乘以 ν₁
上 過 中學 同學 應該 知道 啥意思 是 吧
到 了 高空 之後 它 的 這個 能量 是 hν₂
同時 還有 一個 類似 於 重力勢能 的 能量 是 吧
mg 再 乘以 一個 L 是不是
同時 我們 還 知道 這個 光子 的 質量 是 多少
光子 的 質量 應該 是 mc²=hν
這個 ν 它 既 可以 是 等於 ν₁ 也 可以 等於 ν₂
因為 ν₁ ν₂ 很 接近
你 通過 這 兩個 式子 做 求解 的話
你 就 會 發現
這個 頻率 差 的 相對 變化 等於 gL/c²
這是 在 距離 比較 近 的 時候 近似 出來 的 一個 結果
那麼 這個 結果 對 不 對 呢
愛因斯坦 去世 了 4 年 之後
在 1959 年 的 時候
有 哈佛大學 的 兩位 科學家 龐德 和 雷布卡
他們 兩個 人 做 了 一個 實驗
在 哈佛大學 的 一個 很 高 的 這個 塔樓 上 是 吧
做 了 這麼 一個 實驗
從 高處 往 下發 了 個 光
測量 這個 Δν/ν 頻率 之差 等於 多少
結果 他 發現 這個 距離 大約 是 22.5 米
計算出來 的 頻率 差
Δν/ν 是 2.5×10⁻¹⁵
結果 完全符合 愛因斯坦 的 預言
愛因斯坦 又 對 了 是 吧
不僅僅 是 這 三個 愛因斯坦 自己 提出 的 實驗
後來 人們 又 做 了 很多 驗證 愛因斯坦 理論 的 實驗
比如說 像 雷達 回波 實驗 引力波 實驗
最終 一次 又 一次 地 證明 愛因斯坦 是 對 的
愛因斯坦 是 德國 的 猶太人
後來 納粹 上臺 了 之後 就 開始 迫害 猶太人
然後 愛因斯坦 就 跑 了
那麼 為 了 破壞 愛因斯坦 的 名聲
納粹 就 想 出 了 很 多種 辦法
比如 這麼 一種 說法
說 納粹 招集 了 100 個 科學家 寫 了 一 本書
叫 《100 名 科學家 反對 愛因斯坦 》
愛因斯坦 怎麼 說 呢
說 反對 我 並不需要 那麼 多 科學家
只要 有 一個 人有 正確 的 理論 就夠 了
從 學術 上 批駁 愛因斯坦 失敗 之後
這些 人 又 開始 攻擊 愛因斯坦 的 人品
首先 說 愛因斯坦 是 抄襲 的
如何 推翻 相对论 ? 广义 相对论 的 建立 和 实验 验证 (2)
How to overturn the theory of relativity? Establishment and experimental verification of general relativity (2)
而且 愛因斯坦 就 懷疑
說 在 這個 四維時空 中 地球 所 做 的 運動
就 好像 是 平面 上 的 一個 直線 一樣
給它 起個 名字 叫測 地線 測 地線 是 吧
是 因為 太陽 造成 了 這個 時空 的 扭曲
這個 時空 扭曲 了 之後
就 會 有 一個 最短 或者 最長 的測 地線
物體 的 運動 就是 沿著 這個 測 地線 運動 的
這 就是 所謂 的 幾何 效應
你 把 地球 換成 一個 人
只要 人還 在 地球 軌道 上
並且 與 地球 同樣 的 速度 運動
他 還是 會 走 這個 測 地線 的
他 和 地球 的 質量 大小 沒有 什麼 關系 是不是
愛因斯坦 他 就 想到 了 這麼 一個 問題
也 通過 這個 問題
愛因斯坦 得到 了 一個 結論
說 引力 到底 怎麼回事
說 引力 是 這麼回事
首先 是 物質 的 存在 比如說 太陽 對 吧
物質 就 會 引起 時空 的 彎曲
本來 時空 是 平直 的
如果 時空 是 平直 的
那麼 就是 狹義 相對論 所 討論 的 範圍
但是 一旦 有 了 物質
這個 物質 就 會 造成 時空 的 彎曲
而且 質量 越大 時空 彎曲 就 越 厲害
比如 太陽 它 就 會 造成 周圍 時空 彎曲 非常 厲害
而 時空 的 彎曲
又 會 造成 旁邊 的 物體
做 這個 測 地線 的 運動 是 吧
造成 它 做測 地線 的 運動
造成 測 地線 的 運動
簡單 來說 就是 物質 告訴 時空 如何 彎曲
而 時空 告訴 物體 如何 運動
這 就是 廣義 相對論 的 核心內容
最 開始 愛因斯坦 就 提出 了 兩個 方程
第一個 方程 就是 告訴 我們
物質 如何 引起 時空 彎曲
我們 就 稱 之 為 引力場 方程
引力場 方程
後來 又 發現 了 一個
說 這個 時空 彎曲 如何 引起 測 地線 的 運動
就 稱 之 為 運動 方程 對 吧
再 後來 愛因斯坦 說
這兩 方程 第一個 可以 推出 第二個
所以 運動 方程 不必要
這 廣義 相對論 唯一 的 一個 核心 方程
就是 引力場 方程
這樣一來 就 解釋 了 引力 了
原來 我們 認為 引力 就是 物質 直接 引起 了 運動
這 就是 引力
現在 我們 認為 引力 是 物質 先 引起 了 時空 的 彎曲
而 時空 的 彎曲 造成 了測 地線 的 運動
這種 測 地線 的 運動
有點 類似 於 在 一個 四維時空 中 走 直線
我們 就 稱 之 為 是 幾何 效應
愛因斯坦 提出 的 這個 理論 是 非常 艱辛 的
最 開始 他 思考 也許 引力 是 一種 幾何 效應
但是 他 的 幾何學 又 不足以 支撐 他 提出 這個 理論
他 只好 找人 幫忙 找 誰 呢
就 找 他 大學 同學 格羅斯曼
咱們 以前 說過 愛因斯坦 在 上學 的 時候
學習成績 一般般 不算 很 好 對 吧
他 的 老師 閔可 夫斯基
就 提出 四維時空 這個 人
還是 斥責 愛因斯坦 是 條懶 狗
但是 他們 班有 好 學生 有 格羅斯曼
而且 格羅斯曼 跟 愛因斯坦 的 關系還 特別 好
每次 考試 之前
這就 格羅斯曼 都 把 自己 的 筆記 借給 愛因斯坦
這 愛因斯坦 畢業 之後 找 不到 工作
還是 格羅斯曼 找 他 爸給 愛因斯坦 走後門
介紹 了 一個 專利局 的 工作
格羅斯曼 對 愛因斯坦 幫助 很大
愛因斯坦 又 遇到困難 又 去 找 格羅斯曼
說 你 能 不能 告訴 我
說 我 這個 幾何 怎麼 補一補
格羅斯曼 是 個數 學家
他 就 經過 研究 發現
說 你 這個 可能 需要 黎曼 幾何
我 介紹 幾個 懂 黎曼 幾何 的 人給 你 認識 是 吧
讓 愛因斯坦 學了 半天 黎曼 幾何
學完 了 之後 就 發現 好像 有點 意思 了
但是 還差 那麼 一點
能 不能 再給 我 介紹 個人 呢
愛因斯坦 又 找到 了 誰 呢
找到 了 希爾伯特
希爾伯特 是 20 世紀 最 偉大 的 數學家
那麼 在 希爾伯特 的 啟發 之下
愛因斯坦 最終 在 1915 年 的 年底 的 時候
發表 了 一篇 論文
就 提出 了 廣義 相對論
其實 希爾伯特 在 跟 愛因斯坦 討論 的 過程 中
希爾伯特 也 產生 了 廣義 相對論 的 想法
而且 發表 論文 還比 愛因斯坦 早 五天
大家 註 意
希爾伯特 發表 廣義 相對論 論文
還比 愛因斯坦 早 五天
但是 為 什麼 我們 認為 廣義 相對論
不是 希爾伯特 發現 的 呢
這是 因為 希爾伯特 的 那 篇 論文 中
沒有 明確 地 提出 引力場 的 方程
後來 希爾伯特 看到 了 愛因斯坦 的 論文 之後
才 把 這個 引力場 的 方程
又 補充 到 自己 的 論文 當中 去
所以 希爾伯特 就 寫信給 愛因斯坦
恭喜 愛因斯坦
說 你 看 我們 的 理論 成功 了 發表 了
愛因斯坦 怎麼 說
愛因斯坦 說 那 是 我 的 理論
什麼 我們 的 理論
希爾伯特 說 是 是 是 你 的 理論 是 吧
希爾伯特 這個 人 比較 大度
沒有 跟 愛因斯坦 去 爭奪 這個
廣義 相對論 的 發明權
愛因斯坦 提出 廣義 相對論 之後 非常 的 自豪
他 說 如果 我 不 提出 狹義 相對論 的話
那麼 不 出 五年 什麼 洛倫茲 什麼 龐加萊
就 得 提出 狹義 相對論
但是 我 如果 不 提出 廣義 相對論 的話
五十年 之內 恐怕 都 沒有 人 能夠 提 得 出來 是 吧
最有 希望 的 是 希爾伯特
但 我 估計 沒有 愛因斯坦 的話
希爾伯特 可能 也 提 不 出來 廣義 相對論
那麼 廣義 相對論 到底 是 正確 的 還是 錯誤 的
它 得 能夠 經受 住 實驗 的 考驗 對 吧
所以 我們 來說 一下 實驗 的 證實
愛因斯坦 的 廣義 相對論 如何 用 實驗 去 進行 證實
第一個 實驗 就是 水星 的 近日點 的 進動
水星 的 近日點 的 進動 現象
什麼 叫 水星 近日點 進動 呢
根據 牛頓定律 計算 我們 以前 講過
牛頓定律 最初 的 發展
就是 解釋 了 從 萬有引力
如何 推導 出 行星 運動 是 橢圓
但是 後來 人們 經過 天文 觀測
發現 很多 星球 它 的 軌道 都 不是 一個 嚴格 的 橢圓
它 的 這個 長軸 都 在 不停 地 改變 位置
這個 現象 我們 稱之為 進動
進動 的 原因 是 什麼 呢
最初 人們 認為
就是 因為 其他 星球 的 這個 影響 對 吧
天體 的 攝動 歲差 等等 這些 原因 造成 的 是 吧
而且 這個 進動 以 水星 最為 明顯
水星 的 進動 是 每 100 年 5600''
每 100 年 水星 那個 長軸 會 進動 5600''
5600'' 是 多 大 的 角度 你 知道 嗎
一度 是 60' 一分 是 60''
也 就 一度 3600''
5600'' 大約 是 1.5'
100 年 才 進動 1.5 度
說明 這個 角度 非常 小
但是 這個 現象 在 1859 年 的 時候
就 已經 被 天文學家 勒維烈 發現 了
那 人們 就 去 思考 說
這 100 年 5600'' 的 這個 進動
是 如何 出現 的 呢
如果 我們 根據 牛頓定律 進行 計算
牛頓定律 就 去 考慮 其他 行星 的 這個 影響
什麼 歲差 什麼 攝動 這些 東西
大概 能算 出來
5557'' 每 100 年
每 100 年 它 應該 進動 5557''
但是 實際上 進動 是 5600''
所以 它 還差 了 43'' 每 100 年
這個 原因 是 什麼
最 開始 人們 一直 都 沒有 想 清楚
直到 愛因斯坦 思考 出 了 廣義 相對論 之後
他 利用 廣義 相對論 才 解釋 了 這個 問題
他 說 因為 太陽 的 質量 特別 大
所以 造成 了 周圍 時空 的 扭曲
我們 按照 這個 引力場 方程 再 指出 測 地線 運動
你 就 會 發現
水星 它 應該 還 補上 43''100 年 的 這個 進動
所以 得 通過 廣義 相對論 我們 才能 解釋
剩下 的 這 43'' 每 100 年 的 這個 進動 現象
愛因斯坦 證明 了 這件 事 之後 非常 的 高興
寫信給 他 的 朋友 說
你 知道 我 有 多 興奮 嗎
我 解釋 了 水星 的 這個 近日點 進動 現象 之後
好幾個 星期 我 都 睡 不 著覺 是 吧
愛因斯坦 當時 特別 的 興奮
那麼 除此之外
愛因斯坦 還 提出 了 另外 兩個 驗證 的 實驗
第二個 實驗 是 什麼 呢
這個 光線 的 偏折
我們 之前 說過
這個 引力場 就 造成 了 周圍 時空 的 這個 彎曲
造成 時空 彎曲 之後
光線 在 彎曲 的 時空 中 就 會 發生 偏折
就 光線 的 偏折 現象
我們 在 這裏 畫 一個 示意圖
就是說 如果 有 兩個 光線
分別 是從 兩顆 星 發過來 的 對 吧 發過來 的
這個 時候 我們 在 地球 上去 觀測
你 會 發現 它們 倆 之間 有個 夾角 α
但是 如果 這 兩顆 星是 在 太陽 附近 發過來 的
||||stars are|||||
它 就 會 因為 太陽 的 引力
或者說 因為 太陽 造成 的 時空 扭曲 的 作用
而 發生 偏折
這樣一來 這個 角度 β 就 跟 α 角 就 不 一樣 了
就 能 看出 這個 差別 來
當然 太陽 的 光 特別 強
如果 你 這個 光線 離 太陽 太近 的話
你 就 看不清楚 這個 光線 了
所以 為 了 能夠 看清
必須 在 日食 的 時候 去 做 這個 實驗
於是 在 1919 年 的 時候
1919 年 天文學家 愛丁頓 就 帶 著 他 的 助手
去 做 了 這個 實驗
在 兩個 地方 做 的
那麼 愛丁頓 通過 測量 發現 這 兩個 角度
α 和 β 之間 的 偏差 有 多 大 呢
有 1.61'' 就 這 兩個 角度 之間 差別
而 愛丁頓 的 助手 測量 的 結果 是 1.98''
測出 這 兩個 值 了
那麼 按照 牛頓定律
我們 也 可以 計算 出 一個 值來
按照 廣義 相對論 我們 也 能 計算 出 一個 值來
只不過 按照 牛頓定律 計算出來 的 結果
是 廣義 相對論 的 一半
他們 兩個 誰 對 呢
按照 牛頓定律 計算出來 的 結果
應該 是 0.875''
而 愛因斯坦 的 廣義 相對論 計算出來 的 結果
是 1.75''
誰 對 呀
愛因斯坦 又 對 了
當 愛丁頓 把 這個 結果 告訴 愛因斯坦 的 時候
說 愛因斯坦 你 又 對 了
愛因斯坦 怎麼 回應 呢
他 說 我 從來 沒有 想到 過會 有 其他 的 結果
愛因斯坦 已經 非常 的 平靜 了 對 吧
好 這是 愛因斯坦 提出 的 第二個 實驗 驗證
他 又 對 了
第三個 實驗 驗證 的 是 引力 紅移 現象
引力 紅移 現象
什麼 叫 引力 紅移 現象 呢
就是 假如 這是 地球 或者 是 太陽 或者 什麼
在 這裏 發射 了 一 道光
發射 出去 之後
因為 這個 廣義 相對論 造成 的 時空 彎曲 效應
這個 光在剛 發射 時 的 頻率 ν₁
和 發射 到 很 高 的 地方 的 頻率 ν₂
它 是 不 一樣 的
這個 ν₂ 它會 比較 小
也就是說 它會 發生 紅移
這 就是 所謂 的 引力 造成 的 紅移 現象
而且 其實 我們 是 可以 進行 計算 的
如果 這個 距離 是 L 的話
我們 可以 列 一個 近似 的 公式
就是 在 地面 上
這個 光子 它 的 能量 叫 普朗克 常數 乘以 ν₁
上 過 中學 同學 應該 知道 啥意思 是 吧
到 了 高空 之後 它 的 這個 能量 是 hν₂
同時 還有 一個 類似 於 重力勢能 的 能量 是 吧
mg 再 乘以 一個 L 是不是
同時 我們 還 知道 這個 光子 的 質量 是 多少
光子 的 質量 應該 是 mc²=hν
這個 ν 它 既 可以 是 等於 ν₁ 也 可以 等於 ν₂
因為 ν₁ ν₂ 很 接近
你 通過 這 兩個 式子 做 求解 的話
你 就 會 發現
這個 頻率 差 的 相對 變化 等於 gL/c²
這是 在 距離 比較 近 的 時候 近似 出來 的 一個 結果
那麼 這個 結果 對 不 對 呢
愛因斯坦 去世 了 4 年 之後
在 1959 年 的 時候
有 哈佛大學 的 兩位 科學家 龐德 和 雷布卡
他們 兩個 人 做 了 一個 實驗
在 哈佛大學 的 一個 很 高 的 這個 塔樓 上 是 吧
做 了 這麼 一個 實驗
從 高處 往 下發 了 個 光
測量 這個 Δν/ν 頻率 之差 等於 多少
結果 他 發現 這個 距離 大約 是 22.5 米
計算出來 的 頻率 差
Δν/ν 是 2.5×10⁻¹⁵
結果 完全符合 愛因斯坦 的 預言
愛因斯坦 又 對 了 是 吧
不僅僅 是 這 三個 愛因斯坦 自己 提出 的 實驗
後來 人們 又 做 了 很多 驗證 愛因斯坦 理論 的 實驗
比如說 像 雷達 回波 實驗 引力波 實驗
最終 一次 又 一次 地 證明 愛因斯坦 是 對 的
愛因斯坦 是 德國 的 猶太人
後來 納粹 上臺 了 之後 就 開始 迫害 猶太人
然後 愛因斯坦 就 跑 了
那麼 為 了 破壞 愛因斯坦 的 名聲
||||||reputation
納粹 就 想 出 了 很 多種 辦法
比如 這麼 一種 說法
說 納粹 招集 了 100 個 科學家 寫 了 一 本書
||gathered|||||||
叫 《100 名 科學家 反對 愛因斯坦 》
愛因斯坦 怎麼 說 呢
說 反對 我 並不需要 那麼 多 科學家
只要 有 一個 人有 正確 的 理論 就夠 了
從 學術 上 批駁 愛因斯坦 失敗 之後
這些 人 又 開始 攻擊 愛因斯坦 的 人品
|||||||character
首先 說 愛因斯坦 是 抄襲 的