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社会 他们用5分钟表清新相对论,在100年前的今天

  来源:科研圈

  1919 年 5 月 29 日,在非洲西海岸的普林西比岛(Principe),英国天文学家亚瑟·喜欢丁顿(Arthur Eddington,1882-1944)对一场为时五分钟的日食进走了不悦目测,拍下了人类历史上最重要的一张日食照片。半年的数据分析之后,他们在伦敦召开了音信发布会,马上成了全世界的头条:喜欢因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)的相对论取得胜利。

  相对论是人类历史上最成功的引力理论,诞生一百多年来,它作出的展望从未战败。更重要的是,它推翻了人们永远以来的信抬,即空间与时间的客不悦目存在,进而对形而上学乃至大多文化产生了影响。

喜欢丁顿拍摄的日食照片之一,后来出现在 1920 年发外的论文中。图片来源:Wikipedia喜欢丁顿拍摄的日食照片之一,后来出现在 1920 年发外的论文中。图片来源:Wikipedia

  光有速度吗?

  相对论的故事得从光速说首,在它诞生之前,物理学界关于光的商议已经不息了三百年。

  在喜欢因斯坦的理论中,真空中的光速是宇宙中最快的速度,现在吾们清新这个速度大约是每秒 30 万公里。不过,也许是由于平时生活中很难感觉到光速的存在,在以前,人们清淡倘若光速是无限的。

  在 17 世纪,伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)最先尝试测量光速。他让两个不悦目察者各持一盏灯,A 先把灯点亮,B 看到后也点亮本身的灯,然后计算 A 从点灯到看到 B 的灯光的时间差。受限于那时的实验条件,他异国成功——哪怕让两人相距一英里(约 1.6 千米),测量效果也和他们靠在一首的时候差不多。

  17 世纪末,科学家们再次尝试测量光速,这一次靠的是木卫食,即在地球上不悦目测时,木星将它的卫星遮住的形象。丹麦天文学家奥勒·罗默(Ole Romer,1644-1710)发现,当地球离木星距离分歧的时候,木卫食展现的周期纷歧样社会,距离较远的时候木卫食展现得更晚一点社会,大约相差 10 分钟社会,这表明此时木卫反射的光要花更长的时间才能到达地球。罗默认为这个形象表明光速是有限的。

测量光速暗示图。当地球从 L 点转到 K 点的时候,第一个木卫食展现的时间比根据运算周期计算得到的时间要晚几分钟,罗默认为这就是光在经过 LK 的时候多花的时间。反之,当地球从 F 点转到 G 点的时候,木卫食展现的时间就比计算效果要早。图片来源:罗默于 1676 年发外的论文,Wikipedia测量光速暗示图。当地球从 L 点转到 K 点的时候,第一个木卫食展现的时间比根据运算周期计算得到的时间要晚几分钟,罗默认为这就是光在经过 LK 的时候多花的时间。反之,当地球从 F 点转到 G 点的时候,木卫食展现的时间就比计算效果要早。图片来源:罗默于 1676 年发外的论文,Wikipedia

  正如总共新理论相通,这个结论并异国被立刻批准。到 1728 年,哥本哈根发生了当地历史上最大的火灾,罗默的很多不悦目测原料毁于一旦。

  而大火发生前一个月,在北海的彼岸,英国天文学家詹姆斯·布拉德雷(James Bradley,1693-1762)对光速进走了更添正确的测算。布拉德雷进而推想太阳光到达地球的时间为 8 分 13 秒,与当代的不悦目测效果只有几秒钟的迥异。

  水波照样颗粒?

  光速的测定回答了一个题目,却引出了更多的题目:光是如何传播的?在分歧的介质里,光速会发生怎样的转折?

  同样在 17 世纪,物理学家们对光的内心打开了钻研。荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens,1629-1695)认为光是一栽波,在“以太”中像水波相通传播。像同时代的科学家相通,他认为以太是一栽充斥所有空间的流体,地球能够围绕太阳转动正是由于太阳带动了以太的漩涡。

  震撼说能够注释光的反射和折射,却无法很益地注释为什么光沿直线传播。这时候,艾萨克·牛顿(Issac Newton,1623-1727)挑出了一栽截然分歧的理论。为晓畅释棱镜实验的效果,牛顿指出,光答当是一栽微粒,光经历棱镜的时候就像网球被斜拍打出去的时候相通,划出一道曲线。(今天吾们更熟识的形象是足球赛里的“香蕉球”。)

  这两栽学说在注释光速转折的时候发生了不相符:震撼说认为光在折射率更大的介质中速度较幼,平博而微粒说的推论效果正好相背。到 19 世纪中叶,平博科学家才经历实验测定了分歧介质中的光速,终极推翻了微粒说。

  最著名的“战败”实验

  但是震撼说还异国十足取得胜利。在谁人年代,震撼说的注释倚赖以太的存在,可所以太又是什么样子?

  19 世纪的物理学家并不疑心以太的存在,只是在注释它的性质方面遇到了重重难得。比如,偏振形象外明光存在相对于传播倾向的横向震动,这表明以太是一栽弹性固体,由于在空气云云的弹性流体中不会发生云云的形象。但是,倘若以太是一栽固体,那么走星又怎么能穿过它呢?

  为了检验以太的性质,1887 年,在美国的克利夫兰进走了著名的迈克尔逊-莫雷实验,由阿尔伯特·迈克尔逊(Albert Michelson,1852-1931)和喜欢德华·莫雷(Edward Morley,1838-1923)设计。实验的原理很浅易:倘若地球在以太中行动,那么当光线顺着以太行动时,它的速度答当比反走的时候要快,就像顺着水流游泳要更轻盈相通。

  为了保证实验装配处在程度、安详的位置,迈克尔逊和莫雷将它布置在一块漂浮在水银中的大理石板上。他们让一束光从光源(a)起程,经过一壁与光传播倾向成 45 度角的半透明分光镜(b),镜片让一片面光直接经历,另一片面光被反射,别离到达两面镜子(c、d)。倘若光束到达两面镜子并返回的时间分歧,就会展现相位差,终极在中间形成干涉条纹。并且随着仪器转动,光的路径与以太起伏倾向的相对位置发生转折,那么干涉条纹答当会发生移动。

迈克尔逊-莫雷实验原理图。图片来源:Wikipedia迈克尔逊-莫雷实验原理图。图片来源:Wikipedia

  但是,尽管多次重复实验,迈克尔逊和莫雷并异国发现干涉条纹的清晰移动。在那时的实验物理学家们看来,实验效果表清新以太与地球相对静止,这令他们感到相等疑心。

  到迈入 20 世纪之时,绝对温标的发明者开尔文说:“两朵乌云……遮盖了把光和炎断定为行动式样的动力学理论的时兴和清新。”其中一朵乌云指暗体辐射,另一朵就是还未找到理想注释的迈克尔逊-莫雷干涉实验。

  拨云见日

  1895 年,荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹(Hendrik Lorentz,1853-1928)结相符那时的电磁学钻研收获,作出了大胆的倘若:倘若物体内心上是靠电磁力结相符在一首的,那么当物体在有电磁性的以太当中行动时,就能够沿着它行动倾向萎缩。经过复杂的计算,洛伦兹挑出了洛伦兹变换,用于注释分歧参考系中行动的换算有关。

1921 年,喜欢因斯坦与洛伦兹。图片来源:Wikipedia1921 年,喜欢因斯坦与洛伦兹。图片来源:Wikipedia

  洛伦兹已经很挨近狭义相对论,只是他还异国屏舍以太。其他实验物理学家也异国屏舍,他们试图用更智慧的仪器重复实验,或者到海拔更高的地方重复实验。

  为什么谁人年代的物理学家们会死板地自夸云云一栽不走捉摸的物质的存在?今天的吾们也许对此感到难以理解,但是在 20 世纪,否认以太能够说意味着否认物质与时间的永远。以太的存在隐含了一个倘若,那就是存在绝对客不悦目、亘古不变的空间参考系。从形而上学的角度上看,物质占有固定的空间,时间以固定的步调流逝,这是人类心现在中对世界的固有认识。

  而喜欢因斯坦最先认识到,绝对空间与绝对时间的概念是想象中的虚拟,它受限于人类的经验。实际上,对联相符编制的不悦目测效果取决于不悦目察者的位置,处在联相符编制中的不悦目察者和处在另一个编制中的不悦目察者看到的是纷歧样的。也就是说,时间和空间不是绝对的,而是与不悦目察者相对的。

  至于谁人看不见、摸不着的以太,只必要承认空间具有传播电磁波的能力,就能够屏舍对以太的倚赖。喜欢因斯坦及配相符者后来在书中写道:

  “吾们想使以太成为实在的东西的总共全力都战败了。它既不表现它的力学结构,又不表现绝对行动。除了发明以太时所赋予它的一栽性质,即传播电磁波的能力以外,其他任何性质都异国了。吾们力图发现以太的性质,但总共全力都引首了难得和矛盾。经过这么多的战败之后,现在答该是十足丢开以太的时候,以后再也不要拿首它的名字了。”

  ——《物理学的进化》

  在洛伦兹变换的基础上,喜欢因斯坦于 1905 年挑出了狭义相对论,进而在 1915 年挑出了广义相对论。

  远大的五分钟

  如何验证相对论是否正确?在很多方面,相对论的推论与牛顿力学大致相通,只有在宇宙的尺度,两者才会产生不相符。有几个关键的形象能够成为检验这一新理论的试金石,其中之一就是日食。

  信服喜欢因斯坦的理论,当光线经历引力场的时候,路线会发生蜿蜒。当发生日食的时候,太阳附近的恒星将不再被太阳的光芒袒护,并且由于太阳引力的作用,恒星发出的光线在到达地球之前发生了蜿蜒,所以吾们看到的恒星的位置将偏离它们的实际位置,详细而言,位移值是 1.74 角秒。

  早在相对论通盘完善之前几年,喜欢因斯坦就挑出了云云的预言,但是在搏斗年代结构一场日食不悦目测何其难得。德国和美国的天文学家起码三次尝试进走不悦目测,但总是由于天气原所以无法拍摄。最不利的是 1914 年 8 月那一次,埃尔温·芬莱-弗罗因德里希(Erwin Finlay-Freundlich,1885-1964)和威廉·华莱士·坎贝尔(William Wallace Campbell,1862-1938)去去俄国准备拍摄,这时候德国对俄国议和了。所以日食还没最先,俄国就逮捕了来自德国的弗罗因德里希,请求交换被俘虏的士兵。

  坎贝尔是美国人,得以留下拍摄,却碰上了阴天。日食终结后,他快捷撤离了俄国,连带来的珍异仪器都异国运走。

坎贝尔那时担任里克天文台台长,他差一点就能证实相对论。图片来源:Wikipedia坎贝尔那时担任里克天文台台长,他差一点就能证实相对论。图片来源:Wikipedia

  在英国,喜欢因斯坦的论文经荷兰偷运过来,到达那时的英国皇家天文学会秘书长喜欢丁顿的手上。喜欢丁顿对此很感有趣,他设法克服那时国内强烈的反德情感,将喜欢因斯坦的做事介绍给同走,并着手准备这次日食不悦目测。

  此时一战已经挨近尾声,局势相等重要。喜欢丁顿信奉贵格教,指斥搏斗,频繁申请免服兵役,差点所以被送进监狱。他的同事兼友人弗兰克·戴森(Frank Dyson,1868-1939)也出面为他求情,试图用国家荣誉说服军方。

  喜欢丁顿能够说相等幸运,他在末了关头被免除兵役。接下来,在 1918 年 11 月 11 日,一战终结了。喜欢丁顿与同事们立即准备前去普林西比岛,期待那次不息 5 分钟的的日食不悦目测。为了确保安若泰山,他还将另一队人马派去巴西的索布拉尔(Sboral),拍摄备用照片。

  这次拍摄很顺当。到 1919 年 11 月,喜欢丁顿团队在伦敦召开音信发布会。远在德国的喜欢因斯坦躺在病床上,经历荷兰的转播得知了这一消息。

 一战终结多年后,喜欢因斯坦和喜欢丁顿才首次会面。图片来源:SCIENCE PHOTO LIBRARY 一战终结多年后,喜欢因斯坦和喜欢丁顿才首次会面。图片来源:SCIENCE PHOTO LIBRARY

  追求引力波

  这次日食不悦目测两年后,喜欢因斯坦被付与诺贝尔物理学奖,却不是由于相对论,而是外彰他“对理论物理的贡献,尤其是对光电效答的理论注释”。这个奖发得有些为难:此时喜欢因斯坦早已声名鹊首,挑名的呼声很高;但广义相对论照样异国十足被证实,只益另外找个由头给他授奖。

  除了日食之外,广义相对论还预言了引力红移和引力波的性质。引力红移指光的波长随引力场添强而增补,向红端移动的形象,所以联相符栽元素在恒星上产生的光谱线要比在地球上产生的光谱线更“红”,这一形象直到 1925 年才被不悦目测证实。

  至于引力波,喜欢因斯坦一度疑心它是否存在。在他死六十年之后,引力波才被人类首次捕获,不悦目测效果于 2016 年得到证实。现在,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利的 Virgo 天文台照样在抬看着夜空。它们已经捕捉到双暗洞并相符或双中子星并相符产生的引力波,最新的一些不悦目测数据还异国完善分析,天文学家认为那能够是暗洞吞噬中子星产生的信号。倘若这个推想终极被证实,那么它将成为相对论带给吾们的又一个惊喜。

在大多文化中,喜欢因斯坦的形象已经成为科学的象征。图片来源:Wikipedia在大多文化中,喜欢因斯坦的形象已经成为科学的象征。图片来源:Wikipedia   声明:新浪网独家稿件,未经授权不准转载。 -->

  新华社巴黎5月20日电(记者苏斌)2019年法国网球公开赛20日展开男单资格赛争夺,首轮比赛两位中国选手张择与李喆一喜一忧,前者直落两盘淘汰斯洛伐克选手霍兰斯基,后者0:2不敌克罗地亚的塞尔达鲁希奇。

  原标题:乌克兰成立波罗申科犯罪调查小组