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爱因斯坦广义相对论 广义相对论的三个结论

简单来说,爱因斯坦创立于100多年前的广义相对论是一种引力理论,描述的是宇宙中天体的引力效应。关于引力理论,我们第一次接触到牛顿的万有引力定律是在17世纪。那么,爱因斯坦的引力理论和牛顿的有什么区别呢?

简单来说,爱因斯坦创立于100多年前的广义相对论是一种引力理论,描述的是宇宙中天体的引力效应。关于引力理论,我们第一次接触到牛顿的万有引力定律是在17世纪。那么,爱因斯坦的引力理论和牛顿的有什么区别呢?

在牛顿看来,宇宙中任何有质量的物体之间都会有引力。从天体到细菌,引力始终存在。无论距离有多远,都会有引力,这种作用是一种隔空瞬时作用。根据万有引力定律,物体之间的引力与物体质量的乘积成正比,与物体之间的距离成反比。牛顿的万有引力定律是非常成功的,它解释了苹果为什么会掉到地上,地球为什么会绕着太阳转,甚至预言了海王星的存在,这是以前没有发现的。

但是在19世纪,天文学家发现万有引力定律是有缺陷的。在行星绕太阳运动的过程中,每一圈的近日点其实是不一样的,这叫做近日点岁差。行星离太阳越近,近日点进动值越大,水星近日点进动值最大。

天文学家通过观测发现,水星近日点岁差的观测值与万有引力定律计算的结果存在一定差异。观测值与理论值相差43秒/世纪,远大于观测误差,理论肯定有问题。

直到20世纪初爱因斯坦提出广义相对论,水星近日点进动才得到完美解释。根据广义相对论,空并不像牛顿描述的那样是绝对直的,而是会在质量和能量的作用下弯曲。在弯曲空空间中,天体和光都会沿着测地线运动,从而表现出引力效应。

根据广义相对论,太阳绕空弯曲。如果光从太阳表面上方通过,其偏转角约为1.75角秒,是牛顿引力理论计算结果的两倍。不久之后,爱丁顿利用日全食的机会,测量了背景恒星发出的光线在经过太阳附近时的偏转角。结果与爱因斯坦的预测一致,进一步证实了广义相对论。

此后,广义相对论的几个主要预言——引力红移、引力时间膨胀效应和引力波——被一一证实,奠定了广义相对论在现代物理学中的重要地位。广义相对论的实际应用之一是导航卫星的时钟校准。由于导航卫星距离地球较远,地球引力较弱,所以星上时钟走得比地面时钟快。此外,还要考虑狭义相对论带来的时钟慢效应。虽然这个时间差很小,但是导航卫星的定位过程会有巨大的误差。因此,需要消除相对论带来的时间膨胀效应,使导航卫星发挥精确定位的作用。

到目前为止,广义相对论是描述宇宙引力现象最成功的理论。万有引力定律只是弱引力场中广义相对论的一种近似理论,而牛顿的引力理论更简单,所以在精度不高的情况下可以方便地使用。

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