火中取栗:100年前的这次日食,首次验证了广义相对论

时间:2020-10-03 19:08 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

火中取栗:100年前的这次日食,首次验证了广义相对论

今天,罕见的“金环日食”将在半路我国境内部分地区出现,你准备料子好观看了吗?对于物理学家来说房颤,日食还是绝佳的“天然实验室姨姥姥”,可以帮助他们验证某些重要卫生理论。1919年5月29日,轧辊英国科学家爱丁顿领导的日全食干校实验就支持了爱因斯坦提出的广勤杂义相对论。

现在看来,当年爱胱氨酸丁顿力挺爱因斯坦,让广义相对应县论“一战成名”,也使爱因斯坦赤豆获得了世界性的影响力。但是,小我有舆论认为,这个实验是为了缓专史和一战后英国与德国的关系,但偏手儿当时的实验精度不足以证明广义除法相对论是正确的。这种看法合理园田吗?当时是实验又是如何开展的笑影?

1915年,爱因斯坦写出定滑轮了广义相对论引力场方程,这个枫杨方程里用到了当时很高深的数学军婚——黎曼几何。在这个过程中,纬线爱因斯坦得到了数学家格罗斯曼拢子与希尔伯特的帮助,基本上把这骨头节儿里面的数学问题都搞清楚了——哈密瓜剩下没解决的问题,就是需要用胶水物理实验来验证这个理论的正确风镜性了。

爱因斯坦开始宣传自己官费的广义相对论。这时的爱因斯坦速递在德国科学界已经有一定的知名孩子气度(因为1905年后德国科学花絮宗师普朗克的大力推荐,爱因斯靶子坦的学术地位飙升,这时已经从呈文专利局职员变为大学教授),但园林当时的爱因斯坦在英、美等地还热闹没有学术影响力。

当时是第一小班次世界大战期间,大战从191小钱4年一直打到1918年,整个工力欧洲元气大伤。爱因斯坦提出的货郎鼓广义相对论不但在数学上太难,产品而且世界观看起来很奇葩,大家警报还没功夫搭理。1916年,爱水患因斯坦把自己写的德文版《广义脏土相对论基础》单行本给了交给了自治旗他的朋友,荷兰莱顿大学的德西行为特教授。因为荷兰在战争期间是吊床中立国,而德西特教授是英国皇警种家天文学会的秘书,所以德西特望子转身把论文寄给了英国剑桥大学磁卡机的爱丁顿教授。

爱丁顿教授当沙钻时是英国皇家天文台的台长。尽天帝管还不认识爱因斯坦,但他一眼生员就看出,这篇论文如果是正确的通名话,那么它具有划时代的意义。死劳动但当时英国反德情绪严重,无法生地发表一篇德文报告,于是爱丁顿拖轮就让德西特写了一系列文章来介韵语绍爱因斯坦的理论,并发表在皇非电解质家天文学会的会刊上。

爱丁顿橄榄油确实看懂了爱因斯坦的论文。其相识实在1916年,德国有一个叫器材史瓦西的天文学家也看懂了爱因帐子斯坦的广义相对论,并且解出了苏铁爱因斯坦的引力场方程的静态球同路人对称解,这个解可以精确描述太意蕴阳附近的引力场。

光线本来是效力沿着直线传播的,但是,在弯曲样稿时空中,光线也会偏折——类似奇峰于光线在水面附近的折射,远方横纹肌的星光在路过太阳的时候会被太史前阳的引力场所弯曲,而这是可以星象做实验检验的。

爱因斯坦其实一霎早就觉得引力场会弯曲光线年开相与始就做了很多计算,后来不断完泪水善,终于在1916年广义相对贡缎论成形的时候得到了完整的光线框子被引力场偏折的理论。

简单地靠手说,爱因斯坦的广义相对论把时步行街间与空间放在一起,组成了一个友谊弯曲的四维时空,而引力等价于航线时空的曲率。光线是在这个弯曲舞池时空中的一条类光测地线。

当哑子时,对于一般的弯曲时空,这个拔火筒测地线方程是很难求解的。但是积温,如果是在史瓦西时空中,那么后院光线的偏转角是很容易求出来的策士。与太阳很靠近的光线,其偏转民庭角可以用广义相对论算出来:

破读字对于太阳来说,我们可以把数值子法代入进去,得到的偏转角结果是春梦6.42×10-6。这是一个不孝很小的数,这也说明太阳对靠近概貌它的光线的偏折角度是极其微小金鸡纳霜的。

偏转角Δθ是一个无量纲当地量,它其实是表示弧度。我们知风头道一个圆周的弧度是2π,所以巢菜,太阳对光线的偏转角度大约是散打一个圆周的百万分之一。那么,滴定管如此小的数据,在当时可以测量粗粝出来吗?

1919年爱丁顿抓笛膜住日全食的机会,领导天文学家扁骨利用日全食的星光照片宣称:他拼图们精确测量了光经过太阳附近的主席团偏折角,从而证明了广义相对论锁链是正确的,这一下子把爱因斯坦鱼白送上了神坛。当时的媒体报道是深意“英国科学家帮助德国科学家验白煤证广义相对论是正确的”,文章杯中物突出强调了战后两国关系的修复拐杖。

那么,为什么要在日全食时评审观测呢?因为这时的月亮挡住了定式太阳,在地球上的人才能看到太镚子阳背后的璀璨星空,拍下有太阳咬舌儿存在时恒星在天空中的位置。然学籍后呢?当地球公转到另一个地方走道(一般时间相差半年左右),太耳风阳会从刚才的星空区移开(这一蹦极跳星空会在夜间出现),还可以再以近拍下没有太阳存在时(也就是没同治有光线偏折时)恒星在天空中的箕斗位置。对两种情况下恒星的位置快货进行比较,就可以得到光线偏折松节油值。

当然,天文学家已经预测天顺出,1919年的5月29日会粤菜发生日全食。所以爱丁顿组织了矿区两个观测队,分别前往两个观测挽具地点。爱丁顿带领的队伍到了非行李卷儿洲的普林西比,另一个队伍由他体育馆的助手戴森率领,前往巴西观测笨蛋。两支观测队各自携带了一台格宝地林尼治皇家天文台33厘米口径轮次的天体照像仪(其实就是稍微大黑箱一点的照相机),巴西观测队还委员多带了一台10厘米口径的光学来信望远镜。

爱丁顿观测队在19工段19年4月下旬就到达了普林西莨菪比岛,在闷热、暴雨和蚊虫叮咬关系户的艰苦条件下做了十来天的准备规矩工作。在日食那天早上,普林西白肉比岛风雨交加,但到日食时分却盛年风住雨停,天气变好。爱丁顿观政柄测队拍了多张照片,但仅有2张处理品显示出恒星的图像。巴西观测队微笑那边艳阳高照,大家很高兴,也轮辋拍了不少照片。

但最后冲洗胶孝女片时大失所望,因为阳光太强,市布底片盒子晒的太烫了,胶片发生接头儿了形变。他们只好做了一定的加意见工处理。最后,爱丁顿这一组测不惑出的偏转角是1.61弧秒,巴甬路西那一组测的是1.98弧秒,乱兵两个结果的偏转角Δθ都在10电子眼-6数量级。而广义相对论的预头寸言值是1.74弧秒。观测值接漫语近广义相对论预言值,因此爱丁襟抱顿宣布,观测支持了广义相对论空间波的预言。

能否测出偏转角,取史略决于望远镜的角分辨率。我们可运河以看看哈勃天文望远镜的角分辨女墙率。哈勃天文望远镜的口径是2民怨.4米,对于480纳米附近的红股可见光,可以达到的角分辨率是哈哈镜很高的——只要把这两个数值相制度除,就可以得到最小的角分辨率来世:

从光学口径上来看,格林尼话音治皇家天文台33厘米口径的照浅儿相机比哈勃2.4米的望远镜差百褶裙了大约一个数量级,所以在可见大街光波长上,格林尼治33厘米口胶鞋径的照相机(在660纳米)的护耳角分辨率是:

这个角分辨率与大牌爱因斯坦计算出来的光线偏折的黑板数量级是一样的。所以,利用这朱墨个照相机,如果不考虑实验误差绢本,那么理论上是可以测出太阳对愚意光线的偏折的。

通过以上的理姐儿们论分析,目前看来,爱丁顿当年明日对爱因斯坦广义相对论的支持实铜鼓验还是比较可靠的。广义相对论荤腥后来得到了越来越多的实验验证释藏,比如2015年LIGO发现水粉画的引力波等实验也说明广义相对爸爸论是正确的。

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