廣義相對論的七大預言

廣義相對論的七大預言導讀都說引力波是相對論預言中的最后一塊拼圖。那么愛因斯坦還有哪些預言呢？本期我們就來梳理一下這方面的內(nèi)容。需要說明的是，廣義相對論的核心是解釋了時空彎曲，因此所有的預言都與此有關，但為了更說明問題，我們把有些類似的現(xiàn)象拆分成幾個。其中有些是愛因斯坦親口說的，有些是相對論的推論。1905年，愛因斯坦橫空出世！還是瑞士伯爾尼專利局小職員的他在這一年里連續(xù)發(fā)表了六篇論文，開啟了現(xiàn)代物理學的新篇章，創(chuàng)造了神乎其神的“奇跡年”。然而這只是個開頭。愛因斯坦并不滿足于解決了慣性系的問題，他志存高遠，要把相對性原理拓展到更普適的非慣性系中，徹底顛覆人們的“宇宙觀”。1907年，愛因斯坦的長篇文章《關于相對性原理和由此得出的結(jié)論》，第一次拋出了“等效原理”，廣義相對論的畫卷徐徐展開。然而，這項工作十分艱巨，直到1915年11月。愛因斯坦先后向普魯士科學院提交了四篇論文，提出了天書一般的引力場方程，至此，困擾多年的問題基本都解決了，廣義相對論誕生了。1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》，文中，愛因斯坦正式將此前適用于慣性系的相對論稱為狹義相對論，將“在一切慣性系中（靜止狀態(tài)和勻速直線運動狀態(tài)）物理規(guī)律同樣成立”的原理稱為狹義相對性原理，繼而闡述了“通吃”的廣義相對性原理：物理規(guī)律在無論哪種運動方式的參照系都成立（包括靜止、勻速直線運動、加速運動、圓周運動等慣性系和非慣性系）。愛因斯坦的廣義相對論認為，只要有非零質(zhì)量的物質(zhì)存在，空間和時間就會發(fā)生彎曲，形成一個向外無限延伸的“場”，物體包括光就在這彎曲的時空中沿短程線運動，其效果表現(xiàn)為引力。所以人們把相對論描述的彎曲的時空稱為引力場，其實在廣義相對論看來，“引力”這個東西是不存在的，它只是一種效果力，與所謂離心力類似。如果說狹義相對論顛覆了牛頓的絕對時空觀，那么廣義相對論幾乎把萬有引力給一腳踹下去了。倒不是說愛因斯坦否定了牛頓，而是完成了經(jīng)典物理的一次華麗麗的升級，只是如此徹底以至于經(jīng)典物理變得面目全非了。廣義相對論提出后毫無懸念地遇到了推廣的困難，因為對于我們這種生活在低速運動和弱引力場的地球人來說，它太難懂了，太離奇了。但是逐漸地，人們在宇宙這個廣袤的實驗室中尋找到了答案，發(fā)現(xiàn)了相對論實在是太神奇、太精彩、太偉大了。1光線偏折幾乎所有人在中學里都學過光是直線傳播，但愛因斯坦告訴你這是不對的。光只不過是沿著時空傳播，然而只要有質(zhì)量，就會有時空彎曲，光線就不是直的而是彎的。質(zhì)量越大，彎引力效應144±14179±18運動學效應-184±1896±10總效應凈值-40±23275±21實驗結(jié)果原子鐘1（編號120）-57+277原子鐘2（編號3