爱因斯坦广义相对论视频欣赏 [复制链接]

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1915年，世界上还只有很少一些科学家刚刚懂得爱因斯坦于1915年发表的狭义相对论，爱因斯坦本人却已经通过10年的默默努力又到达一个新高峰，他发表了题为《引力的场方程》的论文，宣告“广义相对论作为一种逻辑结构终于完成了".

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广义相对论也有两条原理作为前提假说，建立广义相对论的逻辑体系：
一条原理叫”广义相对性原理“，又称“广义协变原理”，主张自然定律在一切坐标系中应具有不变的形式；
另一条原理叫“等效原理”，即匀加速参照系同均匀引力场在物理上等价。
把这两条原理结合起来，通过逻辑推理，爱因斯坦发现物体的存在和运动会改变所在时空的曲率，形成弯曲的时空。物体在弯曲的时空中运动会引起运动速度和方向的变化，相当于受到一种作用力的作用，这就是通常意义下的万有引力。

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广义相对论是一个比狭义相对论更为抽象而难于进行实验检验的物理学理论，以至被有些人称为“理论家的天堂，实验家的地狱”。

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      通常发生广义相对论效应的场合，一般是大引力质量大尺度空间，在地球环境中很难进行检测。爱因斯坦经过艰苦努力和精密计算，用广义相对论理论提出了三个重要的预言可以在天文观测中进行验证：即水星近日点每百年向前移动43角秒、恒星光线略过太阳边缘时会发生1.75角秒的偏折和光谱在引力场下会发生红移——巨大的万有引力作用会使光的波长变长。

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以上三项预言不久都得到实验的证实了。爱因斯坦的预言真是太伟大了！

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其中，水星近日点进动问题早在1859年已经被发现，经典物理学始终无法解释，而广义相对论的解释完美无缺。1919年，A.S.爱丁顿（1882年—1944）抓住日全食机会，率领英国日食观测队在南非证实，当光线经过太阳附近时会产生弯曲。当时，观测队拍摄到了日全食玩黑暗情况下一颗原本正好被太阳完全阻挡住的恒星的影像。这直接而又有说服力地证明了光线在太阳引力作用下回发生弯曲，英国皇家学会会长J.J.汤姆逊（1856—1940）知道这一结果时宣称：“广义相对论是人类思想史上最伟大的成就之一”。

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1979年，天文学家发现了远处形体所发出的光可以通过引力透镜聚焦成像，又一次有力地证明了广义相对论的正确性；恒星光谱的引力红移现象在1925年被美国天文学家在天文观测中观察到。

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50年代，随着电子技术的发展和微弱信号探测能力的提高，人们证实地球引力会导致地面光源辐射的频率红移，今天在许多医院中广泛使用姆斯宝儿普仪就是利用这一现象进行医学诊断。

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1916年，爱因斯坦根据他的引力场方程做出预言，所有有质量的物体在运动中都会发出引力波，宇宙中质量很大的星体发出的引力波可以被观测到。
然而，来验证引力波存在的实验非常困难，但是，引力波也在今年2月被观测到了。

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在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年[1] ，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。引力波的存在是广义相对论洛伦兹不变性的结果，因为它引入了相互作用的传播速度有限的概念。相比之下，引力波不能够存在于牛顿的经典引力理论当中，因为牛顿的经典理论假设物质的相互作用传播是速度无限的。
各种各样的引力波探测器正在建造或者运行当中，比如 advanced LIGO(aLIGO)从2015年9月份开始运行观测。
可能的引力波探测源包括致密双星系统（白矮星，中子星和黑洞）。在2016年2月11日，LIGO科学合作组织和Virgo合作团队宣布他们已经利用高级LIGO探测器，已经首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号[2] 。

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广义相对论的工具——

广义相对论实质上是一种引力理论，它洞察到空间、时间和物质三者相互密切地纠缠在一起。爱因斯坦受到19世纪的几位数学家启发，把引力问题转化为几何问题，或者说用空间结构的几何性质来表述引力场，试图把几何学与物理学统一起来。开始时爱因斯坦屡遭挫折，后来发现是我们非常熟知的欧几里得几何学不能用来表达引力问题，这意味着真实的空间可能并不是我们想象的欧氏空间。大数学家G.F.B.黎曼早就指出，现实的物理空间究竟是欧几里得空间还是别的空间，这并不能靠人们武断地规定，或者根据人们的日常生活经验决定，而是要靠天文观测。爱因斯坦在数学家指点下用三年时间潜心钻研黎曼几何和一种重要的数学分析工具：张量分析（又称绝对微分学），才终于掌握了建立了广义相对论所必要的数学方法。

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曾经有物理学家评论道，爱因斯坦独自一人单枪匹马永久性地改变了我们的时间、空间和物质概念。用广义相对论的眼光来看，宇宙空间并不是我们熟知的三维直角的欧几里得空间，而是弯曲的黎曼空间，空间弯曲的程度（曲率）取决于物质的质量及其分布情况（如密度），而空间曲率就体现为引力场的强度。这个问题也可以反过来看，就是在弯曲的空间中布满着坑坑洼洼的地方，这些地方就是物质。由此，爱因斯坦就是把物质转换为几何问题了。广义相对论指出，四维时空与物质之间存在着统一性，空间和时间不可能离开物质而独立存在，时空结构和性质取决于物质的分布，这就比狭义相对论更加彻底地否定了牛顿的绝对时空观。爱因斯坦对比牛顿时空观和广义相对论时空观，曾经做出精辟的论述：——

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牛顿绝对空间的绝对性，表现在“空间不仅作为一个同物质客体无关的独立的东西而引进来，而且还指定它在整个理论的因果结构中担任一个绝对的角色。这个角色从这样的意义上来说是绝对的;空间（作为一个惯性系）作用于一切物质客体，可是这些物质客体却不反过来给空间以任何反作用。”而在广义相对论看来，“空间—时间未必能被看做是一种可以离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延。因此，‘空虚空间’这概念就失去了它的意义。