? 亚洲 精品 综合 精品 自拍,牲欲强的熟妇农村老妇女视频,无码孕妇孕交在线观看

亚洲 a v无 码免 费 成 人 a v,性欧美videofree高清精品,新国产三级在线观看播放,少妇人妻偷人精品一区二区,天干天干天啪啪夜爽爽av

愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論是如何被驗(yàn)證的

2022/05/19
導(dǎo)讀
科學(xué)史上最重要的里程碑之一


Frontiers for Young Minds期刊網(wǎng)站上線的一篇最新文章，題為T(mén)he Solar Eclipse That Validated Einstein's Theory of Relativity（驗(yàn)證了廣義相對(duì)論的日食觀測(cè)）。文章介紹了科學(xué)史上最重要的里程碑之一，它增進(jìn)了現(xiàn)代人類(lèi)對(duì)宇宙的理解。《賽先生》獲Frontiers for Young Minds官方授權(quán)翻譯了這篇文章，分享給中文讀者。


阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在1915年完成了他的廣義相對(duì)論。這一理論改變了我們對(duì)艾薩克·牛頓所創(chuàng)立的空間、時(shí)間和引力概念的認(rèn)識(shí)。廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)出，由于太陽(yáng)的引力以及空間和時(shí)間的性質(zhì)，從遙遠(yuǎn)的恒星射向我們的光線在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行的天文觀測(cè)證實(shí)了這個(gè)預(yù)言。這個(gè)結(jié)果發(fā)表后，在科學(xué)界和公眾中引起了極大的轟動(dòng)，愛(ài)因斯坦在一夜之間成為了超級(jí)巨星。


本文作者Hanoch Gutfreund，還對(duì)一份獨(dú)一無(wú)二的愛(ài)因斯坦手稿的重要性給出了令人振奮的見(jiàn)解。這份手稿于2021年11月被拍賣(mài)，其中展示了愛(ài)因斯坦和他的終身好友米歇爾·貝索是如何一起研究愛(ài)因斯坦于1913年發(fā)表的一個(gè)初步理論的結(jié)果的。他們的工作成果幫助愛(ài)因斯坦在2年后完成了他的廣義相對(duì)論。點(diǎn)擊文末閱讀原文可了解更多詳情。


作者｜Hanoch Gutfreund翻譯｜趙金瑜
審校｜D


  • 一個(gè)戲劇性的公告

1919年11月7日，英國(guó)《倫敦時(shí)報(bào)》發(fā)表了一篇震驚全世界的新聞文章，標(biāo)題為“科學(xué)的革命——新的宇宙理論——牛頓的觀點(diǎn)被駁倒”。這篇文章報(bào)道了同年早些時(shí)候兩支探險(xiǎn)隊(duì)進(jìn)行的天文觀測(cè)結(jié)果，一支位于非洲西海岸附近的普林西比島，另一支位于巴西的索布拉爾市。這兩個(gè)地方，可以在同一天觀察到同一場(chǎng)日全食。這些觀測(cè)意在檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)之一。愛(ài)因斯坦聲稱(chēng)，來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星的光線會(huì)在它們經(jīng)過(guò)太陽(yáng)前往地球的途中彎曲。

對(duì)彎曲光線的觀察是如何支持愛(ài)因斯坦的理論，并改變?nèi)藗儗?duì)空間、時(shí)間和引力的認(rèn)識(shí)呢？讓我們先來(lái)介紹一些背景。

  • 狹義相對(duì)論

1905年是猶太裔德國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·愛(ài)因斯坦科學(xué)生涯中最富有成效的一年。在這一年，他提出了狹義相對(duì)論。這個(gè)理論基于兩個(gè)假設(shè)：

首先，該理論僅適用于以相對(duì)恒定速度運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：一個(gè)人坐在一節(jié)火車(chē)車(chē)廂里。車(chē)窗被遮住了，車(chē)廂內(nèi)也聽(tīng)不到車(chē)輪在軌道上的行駛聲音。如果火車(chē)勻速行駛，則車(chē)上的人無(wú)法通過(guò)任何實(shí)驗(yàn)來(lái)確定火車(chē)的速度，或者判斷它相對(duì)站臺(tái)是在移動(dòng)還是靜止。

第二個(gè)假設(shè)則是，光的傳播過(guò)程與其他物體的運(yùn)動(dòng)行為是不同的。光速始終是恒定的——它不依賴(lài)于光源的速度或觀察者的速度。例如，當(dāng)我開(kāi)車(chē)在路上行駛，被問(wèn)到我旁邊的車(chē)有多快時(shí)，答案取決于我的車(chē)速。如果鄰車(chē)車(chē)速與我的車(chē)速相同，那么它相對(duì)于我的車(chē)似乎是靜止的。但是，如果我開(kāi)得慢一點(diǎn)，另一輛車(chē)看起來(lái)就會(huì)比我快，并逐漸跑在我的前面。愛(ài)因斯坦的深刻見(jiàn)解是，光的行為與此不同——光的速度與觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及發(fā)光光源的速度無(wú)關(guān)。

這聽(tīng)起來(lái)是不是很奇怪？還有更奇怪的！根據(jù)這兩個(gè)假設(shè)，如果兩個(gè)處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的人測(cè)量同一個(gè)物體的長(zhǎng)度，他們會(huì)得到不同的結(jié)果！此外，如果他們測(cè)量?jī)蓚€(gè)事件發(fā)生的時(shí)間間隔，他們?cè)跍y(cè)量結(jié)果上也不會(huì)達(dá)成一致；他們甚至可能在哪個(gè)事件更先發(fā)生上產(chǎn)生分歧。距離、時(shí)間和事件的同時(shí)性的測(cè)量是相對(duì)的，這意味著測(cè)量結(jié)果取決于觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中的距離和時(shí)間概念，與英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家艾薩克·牛頓提出的世界觀大相徑庭。根據(jù)牛頓的理論，空間和時(shí)間是獨(dú)立且絕對(duì)的——時(shí)間和空間距離的測(cè)量結(jié)果與觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

狹義相對(duì)論的著名結(jié)論之一是，質(zhì)量和能量是相互等價(jià)的——最著名的科學(xué)公式E=mc2 便代表了這個(gè)結(jié)論。其中，E代表能量，m代表質(zhì)量，而c是光速。根據(jù)這個(gè)公式，少量的質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為大量的能量。在提供核能的反應(yīng)堆中，這個(gè)過(guò)程以一種可控的方式發(fā)生。在原子彈中，它則以不受控的方式發(fā)生、造成災(zāi)難性的爆炸。在太陽(yáng)的核心，四個(gè)氫原子核在一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程中融合在一起，成為氦原子核。一個(gè)氦核的質(zhì)量比四個(gè)氫核的質(zhì)量略小一些。融合過(guò)程中所損失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量，便成為了太陽(yáng)的能量來(lái)源，進(jìn)而也是地球上生命的來(lái)源。


  • 廣義相對(duì)論

狹義相對(duì)論有兩個(gè)主要的局限性：第一，該理論只涉及勻速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)；它沒(méi)有考慮加速運(yùn)動(dòng)——即速度有所加減的運(yùn)動(dòng)，或者像旋轉(zhuǎn)木馬一樣改變方向的運(yùn)動(dòng)。第二，狹義相對(duì)論沒(méi)有考慮萬(wàn)有引力，也就是使月球在圍繞地球的固定軌道上、使行星在圍繞太陽(yáng)的軌道上平穩(wěn)運(yùn)行的向心力。

在完成了狹義相對(duì)論之后，愛(ài)因斯坦開(kāi)始尋找一種能夠擺脫這兩個(gè)限制的理論。經(jīng)過(guò)10年的探索，他最終提出了廣義相對(duì)論。這一理論的主要思想是，引力——即兩個(gè)物體之間的吸引力——并不如牛頓理論中所述的力，而是空間自身的特征，或者更準(zhǔn)確地說(shuō)，是空間和時(shí)間的特征。在愛(ài)因斯坦的新理論中，空間和時(shí)間被合并為“時(shí)空”。在牛頓的理論中，空間和時(shí)間是所有物理過(guò)程發(fā)生的“舞臺(tái)”。而在愛(ài)因斯坦的理論中，空間和時(shí)間會(huì)參與這些物理過(guò)程，并受其影響。根據(jù)愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)，宇宙中具有較大質(zhì)量的物體，如行星和恒星，會(huì)使它們周?chē)臅r(shí)空發(fā)生彎曲。這意味著，在宇宙中運(yùn)動(dòng)的物體和光線是在彎曲的時(shí)空中運(yùn)動(dòng)的。這個(gè)概念很難用容易理解的方式來(lái)解釋。即使是專(zhuān)門(mén)研究這種現(xiàn)象的物理學(xué)家，也可能難以想象出彎曲的時(shí)空。這些概念最好用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述，使用數(shù)學(xué)家早在19世紀(jì)就開(kāi)發(fā)出的方法。利用這些方法，愛(ài)因斯坦在1915年發(fā)現(xiàn)了描述質(zhì)量對(duì)時(shí)空結(jié)構(gòu)影響的方程，以及由此影響而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)方程。這些方程是愛(ài)因斯坦最偉大的成就，是我們徹底了解宇宙——它是如何開(kāi)始的、如何發(fā)展的、以及它的結(jié)構(gòu)是什么——的基礎(chǔ)。

  • 對(duì)一次日食的觀測(cè)驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的理論

當(dāng)愛(ài)因斯坦剛開(kāi)始發(fā)展他的廣義相對(duì)論時(shí)，就已經(jīng)知道，光束在太陽(yáng)附近會(huì)被彎曲。甚至在他得出最終的理論之前，愛(ài)因斯坦就曾計(jì)算了這些光束的彎曲程度，但他得到的結(jié)果比正確的數(shù)值小一倍（盡管當(dāng)時(shí)他并不知道）。1913年，愛(ài)因斯坦致信天文學(xué)家喬治·黑爾，后者是全美最大的天文臺(tái)威爾遜山天文臺(tái)的主任。愛(ài)因斯坦詢(xún)問(wèn)黑爾是否有辦法在白天觀察太陽(yáng)附近的星星。黑爾回答說(shuō)，觀察這些星星的唯一機(jī)會(huì)是在日全食期間。

你可能不明白為什么驗(yàn)證愛(ài)因斯坦的理論需要一場(chǎng)日食。我們首先要意識(shí)到，要想看到太陽(yáng)引力對(duì)來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星的光線的影響，太陽(yáng)必須位于我們和要觀測(cè)的恒星之間——也就是說(shuō)，觀測(cè)只能在白天進(jìn)行。但是通常情況下，在白天是不可能看到星星的，因?yàn)樘?yáng)太亮了！但是，在日食期間，天空一片漆黑，那些星星就可以被看到了。之所以會(huì)發(fā)生日食，是因?yàn)樵虑蚶@地球運(yùn)行的軌道平面相對(duì)于地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道平面是傾斜的（譯者注：傾斜4.99-5.30°）。有時(shí)，地球、月球和太陽(yáng)相交的路徑會(huì)形成一條直線。在這種情況下，月球會(huì)遮住太陽(yáng)，導(dǎo)致日食。不過(guò)月球太小，無(wú)法在整個(gè)地球上投下陰影，因此地球上有些地區(qū)會(huì)發(fā)生日全食，而在其他地區(qū)則只有日偏食。

愛(ài)因斯坦推斷，如果天文學(xué)家比較日食期間（太陽(yáng)在地球和恒星之間）拍攝的恒星照片與夜間（太陽(yáng)不在地球和恒星之間）拍攝的相同恒星的照片，恒星出現(xiàn)的位置應(yīng)該看上去有所偏移。如果兩張照片中恒星的位置不同，就意味著太陽(yáng)的引力場(chǎng)使得從這些恒星發(fā)出的光線發(fā)生了彎曲（圖1）。

圖1：當(dāng)來(lái)自遙遠(yuǎn)的恒星的光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)的引力場(chǎng)時(shí)，光線會(huì)發(fā)生彎曲。地球上的觀察者則會(huì)看到，當(dāng)太陽(yáng)在恒星光線的路徑上時(shí)，與太陽(yáng)不在光線的路徑上相比，恒星的位置會(huì)發(fā)生偏移。


1914年8月21日，一支德國(guó)天文探險(xiǎn)隊(duì)計(jì)劃在俄羅斯克里米亞地區(qū)的日全食期間進(jìn)行觀測(cè)。但隨后第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，探險(xiǎn)隊(duì)被俘，裝備也慘遭沒(méi)收。

在1919年5月29日，研究人員終于獲得了另一次機(jī)會(huì)（圖2）。那時(shí)，愛(ài)因斯坦已經(jīng)完成了廣義相對(duì)論的創(chuàng)建，并據(jù)此預(yù)測(cè)出，最終的光線彎曲程度比他之前假設(shè)的結(jié)果大一倍。如前所述，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自于索布拉爾和普林西比兩個(gè)地方。在利用當(dāng)時(shí)僅有的資源對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了幾個(gè)月的分析（這不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)）之后，探險(xiǎn)隊(duì)的負(fù)責(zé)人阿瑟·愛(ài)丁頓和查爾斯·戴維森，以及皇家天文學(xué)家弗蘭克·戴森爵士宣布：“索布拉爾和普林西比的觀測(cè)結(jié)果幾乎毫無(wú)疑問(wèn)地表明，太陽(yáng)的確能夠彎曲周?chē)墓饩€，而且其曲率與愛(ài)因斯坦的相對(duì)論所給出的結(jié)果一致”。廣義相對(duì)論的這項(xiàng)預(yù)測(cè)，被兩個(gè)相距甚遠(yuǎn)的地點(diǎn)的獨(dú)立測(cè)量所證實(shí)，極大程度地說(shuō)服了科學(xué)界相信這個(gè)理論的正確性。

圖2：1919年的日食和它周?chē)男切恰⑦@張照片中看到的星星的位置與太陽(yáng)在天空中不同位置時(shí)拍攝的照片進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)這種手段，研究人員發(fā)現(xiàn)，星星的位置似乎發(fā)生了變化。這種現(xiàn)象的原因是太陽(yáng)引力使恒星的光線發(fā)生了彎曲，如圖1所示。


  • 愛(ài)因斯坦的理論帶來(lái)的影響

1919年的日食觀測(cè)意義非凡。它不僅證實(shí)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，而且還幫助科學(xué)家了解到一種很有價(jià)值的天文現(xiàn)象，即引力透鏡效應(yīng)，它可以幫助科學(xué)家們研究宇宙。光在經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)，其彎曲程度非常小。但質(zhì)量大得多的物體，如黑洞甚至整個(gè)星系，會(huì)造成更強(qiáng)烈的彎曲，以至于我們可以利用望遠(yuǎn)鏡看到這些大質(zhì)量天體背后的光源。愛(ài)因斯坦早在1912年就注意到了引力透鏡的可能性，但他直到24年后才發(fā)表了他的想法和相關(guān)計(jì)算。

這篇報(bào)道英國(guó)探險(xiǎn)隊(duì)成功消息的文章，在科學(xué)界激起了很大的興奮。它也引發(fā)了公眾的熱情，這種情緒也因時(shí)代特殊而被放大了：第一次世界大戰(zhàn)奪去了數(shù)百萬(wàn)受害者的生命、并造成了嚴(yán)重的破壞，而這篇文章恰恰發(fā)表于戰(zhàn)爭(zhēng)剛剛落幕的幾年后。這篇文章提醒人們關(guān)注人類(lèi)大腦的智慧，并展示了科學(xué)領(lǐng)域是可以進(jìn)行國(guó)際合作的。這喚起了新的希望。公眾對(duì)愛(ài)因斯坦的興趣和欽佩之情高漲，他在一夜之間成為了超級(jí)巨星。直到生命的最后一刻，愛(ài)因斯坦一直坐擁這樣崇高的地位，在今天仍然廣為人知、受人尊敬。


擴(kuò)展閱讀

在那次日食觀測(cè)的百年之際，新出版的兩本書(shū)描述了該事件的科學(xué)和歷史背景。一本是S. James Gates, Jr.和Cathie Pelletier寫(xiě)的Proving Einstein Right-The Daring Expeditions That Changed How We Look at the Universe（2019年出版于阿歇特圖書(shū)集團(tuán)）。另一本是Daniel Kennefick寫(xiě)的No Shadow of a Doubt-the 1919 Eclipse That Confirmed Einstein's Theory of Relativity（2019年出版于普林斯頓大學(xué)出版社）。


作者介紹：

Hanoch Gutfreund是耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的理論物理學(xué)名譽(yù)教授。他的研究領(lǐng)域是固體物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和神經(jīng)計(jì)算（腦機(jī)接口）。他曾在大學(xué)擔(dān)任過(guò)各種學(xué)術(shù)和行政職務(wù)——物理研究所所長(zhǎng)、高等研究所所長(zhǎng)、院長(zhǎng)和校長(zhǎng)。他曾在以色列和國(guó)外的各種大學(xué)和與教育和科學(xué)政策有關(guān)的公共崗位任職。近年來(lái)，他一直擔(dān)任希伯來(lái)大學(xué)阿爾伯特-愛(ài)因斯坦檔案館的學(xué)術(shù)主任。他負(fù)責(zé)保護(hù)愛(ài)因斯坦在以色列和世界各地的遺產(chǎn)。


科學(xué)顧問(wèn)：Osnat Cohen，Adva Ben-Natan

審稿人：Shachar（13歲），Yotam（13歲）

  • 物理術(shù)語(yǔ)解釋


日食：當(dāng)月球直接位于太陽(yáng)和地球之間，使月球在地球的一部分投下陰影時(shí)發(fā)生的一種現(xiàn)象。萬(wàn)有引力：自然界的基本作用力之一。這是一種作用在物體之間的吸引力，受物體的質(zhì)量和物體之間的距離的影響。狹義相對(duì)論：一個(gè)由愛(ài)因斯坦創(chuàng)建的理論，發(fā)表于1905年，提出了空間和時(shí)間測(cè)量相對(duì)性的觀念。廣義相對(duì)論：愛(ài)因斯坦于1915年發(fā)表的理論，是狹義相對(duì)論的推廣，用于處理考慮引力的變速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。引力透鏡：大質(zhì)量天體的引力會(huì)使位于其后的光源發(fā)出的光線變彎，從而使我們的望遠(yuǎn)鏡可以看到它們。

  • 翻譯對(duì)照表：

《倫敦時(shí)報(bào)》 London Times

普林西比島 Principe island

索布拉爾市 Sobral

喬治·黑爾 George Hale

克里米亞地區(qū) Crimea

阿瑟·愛(ài)丁頓 Arthur Edington

查爾斯·戴維森 Charles Davidson

弗蘭克·戴森 Frank Dyson

米歇爾·貝索 Michele Besso

希伯來(lái)大學(xué) Hebrew University


關(guān)于Frontiers for Young Minds 

Frontiers for Young Minds 創(chuàng)刊于2013年，是瑞士Frontiers出版社專(zhuān)為孩子們創(chuàng)辦的科學(xué)期刊，也是Frontiers花費(fèi)多年心血培育的純公益項(xiàng)目。

它的運(yùn)作模式和科技期刊完全相同，旨在從青少年時(shí)代即培養(yǎng)孩子們的科學(xué)思維，并提供與世界一流科學(xué)家交流的機(jī)會(huì)。截至目前，有大約3500名青少年審稿人參與評(píng)審，大約600名科學(xué)導(dǎo)師來(lái)指導(dǎo)他們的審稿流程。

Frontiers for Young Minds的750篇文章已獲得1000多萬(wàn)次瀏覽和下載，擁有英語(yǔ)、希伯來(lái)語(yǔ)和阿拉伯語(yǔ)三個(gè)版本。期刊編輯委員會(huì)目前由來(lái)自64多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家和研究人員組成。

Frontiers for Young Minds的內(nèi)容包含了天文學(xué)和空間科學(xué)、生物多樣性、神經(jīng)科學(xué)、污染防治和心理健康等相關(guān)內(nèi)容。雖然期刊的讀者是青少年，但Frontiers for Young Minds中發(fā)表的所有研究都基于堅(jiān)實(shí)的循證科學(xué)研究。
制版 | 小圭月

歡迎關(guān)注我們，投稿、授權(quán)等請(qǐng)聯(lián)系

saixiansheng@zhishifenzi.com


參與討論
1 條評(píng)論
評(píng)論
  • 王曉明 2024/06/15

    httpsblog.sina.com.cnsblog5d9e5b820102z1h9.html古代青銅透光鏡反射出CPT不對(duì)稱(chēng)第五種力物理學(xué)底線被擊穿

《賽先生》微信公眾號(hào)創(chuàng)刊于2014年7月，創(chuàng)始人為饒毅、魯白、謝宇三位學(xué)者，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)由知名科學(xué)家創(chuàng)辦并擔(dān)任主編的科學(xué)傳播新媒體平臺(tái)，共同致力于讓科學(xué)文化在中國(guó)本土扎根。
訂閱Newsletter

我們會(huì)定期將電子期刊發(fā)送到您的郵箱

GO