爱因斯坦将引力解释为“时空弯曲”,到底有啥证据可以证明?

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爱因斯坦提出广义相对论后,将引力当成“时空弯曲的几何效应”,很多人表示也不能接受,这里面不乏有当时的一流物理学家,但是迫于爱因斯坦10年前提出的“狭义相对论”,这么一个反直觉的理论居然验证是对的,所以反对“时空弯曲论”的物理学家并未太过激烈的反驳爱因斯坦,大部分都是观望态度,认为先看看再说。

果然1919年,证明时空弯曲理论的证据出现了,我们都知道太阳系中有一个星球叫水星,水星一直围绕太阳做椭圆周运动,按照牛顿的万有引力公式计算出水星应该一直走一条轨道,但是实验观察发现水星每隔100年有43秒进动(所谓进动,就是指做椭圆运动的轨道会偏离一点点),这个误差按照牛顿理论就是无法解释,但是用爱因斯坦的广义相对论计算出来居然恰好就是43秒,这一次人类首次普遍接受广义相对论正确性的实验。

第二个支持广义相对论的就是“光线红移”,我们都知道光可以算是一种波,波就有波长,当一个波的波长变长了,谱线显示出来会朝向红色的一端移动。按照广义相对论来算外太空射到地球的光线,会因为时空弯曲造成时间变慢的现象,也就是会使得光的波长变大产生“红移”,去做实验后发现的确产生了“红移”,广义相对论再次被证实。

第三个支持广义相对论的就是“宇宙膨胀论”,因为按照爱因斯坦广义相对论的场方程,整个宇宙应该是不断膨胀才对,按照当时的观察条件无法直接观察太远的星系,所以无法通过实验来验证。但是随着技术的发展,居然发现整个宇宙真的在膨胀,而且是加速膨胀,这很不可思议,因为按照万有引力来解释,天体之间存在引力会相互吸引才对,就算是宇宙大爆炸最开始让天体彼此远离,引力应该会让天体减速膨胀才对,最后天体停止膨胀开始收缩。但是实验观察到宇宙居然是加速膨胀,注意是“加速”,爱因斯坦广义相对论场方程也会推出结论:宇宙膨胀结论。所以这个实验观察非常支持广义相对论。

第四个支持广义相对论的实验就是“光线的弯曲”,我们知道光虽然没有静止质量,但是却有动质量,所以经过大质量天体时,也会因为是时空弯曲从而造成光在空间中走曲线,当然根据牛顿万有引力定律也能计算出这个路线到底弯曲多少,于是人们做实验检测经过太阳附近的光。首先通过广义相对论计算出来是:1.75弧秒,然后根据牛顿万有引力计算出来是0.875弧秒,到底谁是对的?最后人们做实验发现计算结果是1.75弧秒,实验数据支持了广义相对论。

当然随着后来人类技术越来越发达,越来越多的现象观察到,证明广义相对论的确是正确的(比如人类首次公布第一张黑洞图像,再次验证广义相对论的正确性)。这也说明了有时我们长期积累的经验直觉未必就是真理,只有理性思考和实验才能揭示真相。

这里我再埋下一个伏笔,刚刚说了,实验观察到宇宙正在加速膨胀,这个“加速”两字是关键,宇宙如果是膨胀的,也不应该加速膨胀才对,这说明有一种特别的力,这个力和""万有引力相反,这个力让彼此分离,也就是所谓“万有斥力”,这个力来源于暗能量,而由这个暗能量的大小会让我们往“多重宇宙”论方向去想,后期我再详细谈,当前还是主要谈广义相对论。


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