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标题: 如果没有爱因斯坦，我们可能会错过广义相对论 [打印本页]

作者: 淵虹 时间: 2022-12-1 08:19
标题: 如果没有爱因斯坦，我们可能会错过广义相对论
在19世纪末，我们所认为的“底子科学”正在迅速发展，导致了两种差别的相互辩论的观点。在大多数保守派中，麦克斯韦的电磁学理论代表了一项惊人的成就：将电和磁理解为一种单一的、同一的现象。再加上牛顿的万有引力和活动的力学定律，好像宇宙中的统统都都能得到表明。但很多年轻和新兴的科学家，却看到了恰恰相反的情况：宇宙正处于危急的边缘。

当速率接近光速时，时间的膨胀和长度的紧缩违反了牛顿的活动定律。当我们跟踪水星的轨道数个世纪后，我们发现它的进动与牛顿的猜测有少量但重要的偏差。另有放射性这样的现象在当时现有的框架内是无法表明的。

1905年在科学史上被理所当然地称为爱因斯坦的“奇迹年”。在那一年发表的一系列论文中，爱因斯坦一举改变了我们对宇宙的见解。他提出了狭义相对论，与此同时，爱因斯坦还发表了其他重要著作：质能方程、光电效应和布朗活动。这导致了整个物理学领域的很多重要的后续发展，但是最大的标题仍然没有解决：水星的轨道发生了什么？

从第谷·布拉赫时代开始的数百年里，我们不停在跟踪水星的近日点，并发现了令人震惊的事变：与牛顿引力理论的猜测差别，水星并没有在每次完成轨道运行后回到相同的位置。然而，有一个已知的因素会使水星的轨道变得复杂：太阳系中另有其他天体也对水星施加引力，从而导致额外的岁差效应。

因此，思量到这个因素之后，牛顿力学猜测的水星近日点进动是每世纪5557角秒。然而，早在20世纪初，我们就已经确定观测到的近日点进动是每世纪5600角秒。为相识释这额外的岁差，产生了很多智慧的想法。很多人认为，大概在水星内部另有一颗迄今尚未被发现的行星，它的引力影响导致了我们所看到的岁差。然而，只管进行了过细的搜刮，我们仍然没有找到任何物体。
在此期间，与爱因斯坦同时代的亨利·庞加莱指出，如果你思量到水星（所有行星中最快的行星）绕太阳运行的速率并将狭义相对论应用于它，你会朝着正确的方向迈出一步。但终极，狭义相对论应用于水星轨道之后也有偏差。
究竟上，早在狭义相对论出来不久，爱因斯坦就知道该理论的缺陷：不能处理加速标题也不能处理引力标题。当时，爱因斯坦就知道要对它进行扩展。后来，爱因斯坦想出了著名的电梯头脑实验，把加速率场与引力场等效，也就有了后来的等效原理，它和广义相对性原理一起成为了广义相对论的底子。在1915年，爱因斯坦终于提出广义相对论，一言以蔽之：“质量和能量告诉时空如何弯曲，而弯曲的时空告诉物质和能量如何活动”。

后来，爱因斯坦使用广义相对论成功解决了水星的轨道标题。引力时间膨胀、光线弯曲、引力透镜、引力波等也都在广义相对论的掌握范围。本日，由广义相对论控制的宇宙是我们迄今为止所构建的最成功的图景，它始于引发热大爆炸的暴胀状态，除了“正常物质”之外，还包罗某种情势的暗物质和暗能量。但是，只管我们取得了巨大的成功，我们仍在寻找更好、更成功的形貌现实的方式。

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