从爱因斯坦的相对论中得出的10个重要结论

爱因斯坦的广义相对论受到质疑

星轨道超大自主黑洞。信誉:尼古尔富勒/国家科学基金会

一百多年前,1919年5月29日,天文学家观测到了一次日全食,这是一项雄心勃勃的努力,目的是通过观测日食的实际运行来检验爱因斯坦的广义相对论。从本质上讲,爱因斯坦认为空间和时间交织在一个无限的“织物”中,就像一张张开的毯子。像太阳这样的大质量物体,其引力会使时空毯子发生弯曲,以至于光在经过太阳时不再沿直线传播。

这意味着天空中靠近太阳的背景恒星的明显位置——包括在日食期间——在没有太阳的情况下应该会有轻微的偏移,因为太阳的引力会使光线弯曲。但在日食实验之前,没有人能够验证爱因斯坦的广义相对论,因为没有人能在白天看到太阳附近的恒星。

全世界都在庆祝这次日食实验的结果——这是爱因斯坦的胜利,也是我们理解宇宙的新时代的黎明。

一般相对性对我们在宇宙中所看到的内容以及我们今天的深度空间中的发现有许多重要的后果。爱因斯坦略大的理论,特殊的相对性也是如此,具有其广泛庆祝的等式e = mc2.以下是爱因斯坦相对论得出的10个结论:

整个天空能量在500亿到2万亿电子伏之间

从美国宇航局的费米伽玛射线空间望远镜的超过六年观测构建的图像是第一个展示整个天空在500亿(GEV)和2万亿电子伏特(TEV)之间出现的能量。为了比较,可见光的能量落在约2和3电子伏特之间。信用:美国国家航空航天局/美国宇航局/费米拉特合作

1.宇宙速度极限

爱因斯坦著名的方程E=mc2包含" c "真空中的光速。尽管光有很多种口味——从人类可以看到的彩虹色到传送宇宙飞船数据的无线电波——爱因斯坦说,所有的光都必须遵守每秒186,000英里(300,000公里)的速度限制。因此,即使两种光粒子携带的能量非常不同,但它们的速度是相同的。

这已经在太空实验中得到了证明。在2009年,美国国家航空航天局费米伽马射线太空望远镜发现两个光子几乎同时出现其中一个携带的能量是另一个的一百万倍。它们都来自大约70亿年前两颗中子星碰撞附近的高能区域。一个中子星是恒星爆炸后的高密度残留物。而其他理论则假设时空本身具有泡沫“质地可能会减缓更精力充沛的颗粒,Fermi发现赞成爱因斯坦的观察结果。

哈勃发现了笑脸

形成星系的形成似乎形成了笑脸。两个黄色的斑点悬挂在扫透明的光线上。较低的弧形星系具有一直引力透镜的星系的特征形状 - 它的光线已经通过了到我们的途中靠近大量的物体,导致它变得扭曲和延伸出形状。信贷:esa / hubble&Nasa;致谢:朱迪施密特(Geckzilla)

2.强镜头

就像太阳会使经过它附近的遥远恒星发出的光发生弯曲一样,一个像星系这样的大质量物体也会使另一个远得多的物体发出的光发生扭曲。在某些情况下,这种现象实际上可以帮助我们揭示新的星系。我们说,较近的物体就像一个“透镜”,就像一个望远镜,揭示了较远的物体。整个星系团也可以被透镜化,并起到透镜的作用。

当透镜化的物体看起来与天空中较远处的物体足够接近时,我们实际上可以看到该遥远物体的多幅图像。1979年,科学家首次观测到类星体的双像,这是一个位于星系中心的非常明亮的物体,其中包含一个超大质量的星体黑洞由流入的气体盘片吸收的如果原始物体发生变化,这些遥远物体的明显复制品的亮度也会发生变化,但这并不会同时发生,因为空间本身会被前景物体的引力弯曲。

有时,当远处天体对象与另一个物体精确对齐时,我们看到光线弯曲成“爱因斯坦环”或弧形。在这方面这是美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的照片在美国,弧形的光代表了一个被透镜化的遥远星系,与其他星系形成了一个“笑脸”。

暗物质图谱DES

暗能量巡天中对2600万个星系的引力透镜测量所绘制的暗物质图。来源:Chihway Chang/芝加哥大学Kavli宇宙学物理研究所/DES合作

3.弱透镜

当一个大质量的物体作为一个远的物体的透镜,但这些物体并没有特别地与我们的视野对齐,只有一个遥远物体的图像被投射出来。这种情况经常发生。近距离物体的引力使背景物体看起来比实际更大、更拉伸。这叫做“弱透镜效应”。

弱透镜效应对于研究宇宙中一些最大的奥秘是非常重要的:暗物质和暗能量。暗物质是一种看不见的物质,它只能通过引力与普通物质相互作用,并像宇宙胶水一样将整个星系和星系群凝聚在一起。暗能量的行为与引力相反,使物体彼此远离。三个即将到来的天文台美国宇航局的广角红外巡天望远镜WFIRST,使命,欧洲LED欧盟欧盟驻国家航空航天局参与的特派团,以及基于地面的大型舞台调查望远镜 - 将成为这项努力的关键球员。通过测量宇宙中弱镜头星系的扭曲,科学家可以表征这些持续令人费解的现象的影响。

引力透镜一般也将使美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜能够寻找一些最早的星星星系宇宙的。

引力透镜的动画

当一颗系外行星从一颗较遥远的恒星前面经过时,它的引力会导致恒星光线的轨迹发生弯曲,在某些情况下,会导致望远镜观测到的背景恒星短暂变亮。艺术动画说明了这种效果。这种引力微透镜现象使科学家能够寻找那些太遥远、太黑暗、用其他方法无法探测到的系外行星。来源:美国国家航空航天局艾姆斯/姓名/ T。派尔

4.微溶剂

到目前为止,我们一直在讨论巨型物体就像其他巨型物体的放大镜。但恒星也可以“透镜”其他恒星,包括周围有行星的恒星。当背景恒星发出的光被前景中更近的恒星“透镜”时,就会出现背景恒星亮度的增加.如果前景恒星也有一颗行星围绕其运行,那么望远镜就可以探测到背景恒星光线中由这颗行星引起的额外凸起。这种寻找系外行星的技术被称为“微透镜”(microlensing)。系外行星是围绕其他恒星运行的行星。

美国宇航局的斯皮策太空望远镜,与地面天文台合作,发现了一个“冰球”地球通过微透镜。虽然微透镜至今只发现了不到100颗确定的行星,但WFIRST可以利用这项技术发现1000多颗新的系外行星。

第一张黑洞的图像

这是黑洞的第一张照片。使用事件Horizo​​ n Telescope,科学家在Galaxy M87的中心获得了黑洞的图像。信用:活动地平线望远镜协作

5.黑洞

黑洞的存在是广义相对论的一个预测,它是密度极高的物体,任何光都无法逃离。它们代表了时空结构最极端的扭曲,尤其出名的是它们巨大的引力如何以只有爱因斯坦的理论才能解释的奇怪方式影响光。

2019年,事件视界望远镜国际合作,由国家科学基金会和其他合作伙伴支持,公布了黑洞的活动地平线的第一象这一边界定义了黑洞附近物质的“不可返回点”。NASA的钱德拉x射线天文台、核光谱望远镜阵列(NuSTAR)、尼尔·格雷斯·斯威夫特天文台和费米伽马射线太空望远镜都协同观测了同一个黑洞,研究人员仍在分析结果。

处女座A星系M87

美国宇航局的斯皮策太空望远镜拍摄到的M87星系是一个超大质量黑洞的所在地,它以接近光速的速度向太空喷射两股物质。插图显示了由两个喷射产生的冲击波的近距离视图。来源:美国国家航空航天局/姓名/ IPAC

6.相对论的喷气机

该Spitzer Image在红外光线上显示了银河系Messier 87(M87),它在其中心具有超大迹象的黑洞。在黑洞周围是一个极热气体的盘,以及两种材料沿相反方向射出的材料。在图像右侧可见的喷气机之一,几乎正好指向地球。其增强的亮度是由于在接近光速下朝向观察者行驶的颗粒的光,效果称为“相对论的光束”。相比之下,其他喷射在所有波长处是看不见的,因为它正在远离观察者的速度接近光速。这些喷气机如何工作的细节仍然是神秘的,科学家们将继续研究更多的黑洞以获取更多线索。

黑洞周围的吸积盘

这幅艺术家的作品描绘了一个围绕着黑洞的吸积盘,其中吸积盘的内部区域进动。“进动”是指黑洞周围物质的轨道围绕中心物体改变方向。信贷:ESA / ATG媒体实验室

7.引力涡

说到黑洞,它们的引力是如此之强,以至于它们让下落的物质在它们周围“摇摆”。就像勺子搅拌蜂蜜一样,蜂蜜就是黑洞周围的空间,黑洞对空间的扭曲会对绕黑洞运行的物质产生抖动效应。直到最近,这还只是理论上的。但在2016年,一个国际科学家团队使用了欧洲航天局的xmm-refton.美国国家航空航天局(NASA)的核光谱望远镜阵列(NUSTAR)宣布,他们首次观测到了晃动物质的特征。科学家们将继续研究这些奇怪的黑洞效应,以进一步直接探索爱因斯坦的想法。

顺便说一句,这种物质在黑洞周围的晃动与爱因斯坦解释水星奇怪轨道的方式类似。作为离太阳最近的行星,水星感受到的太阳的引力最大,所以它的轨道慢慢地围绕太阳旋转,造成了一个抖动。


先进的LIGO看到引力波来自两个距离地球超过10亿光年的黑洞。这台计算机模拟(慢动作)近距离展示了这一切的样子。如果将这部电影实时回放,它将持续大约三分之一秒。信贷:SXS的透镜

8.引力波

被称为引力波的时空涟漪是由爱因斯坦在大约100年前提出的假设,但直到最近才被实际观测到。2016年,一项国际天文学家合作激光干涉引力波天文台(LIGO)探测器宣布了一个地标发现:这种巨大的实验发现了在灾难性活动中合并的两个黑洞后一直在旅行的引力波的微妙信号。这在科学领域开设了一个名为多信使天文的全新门,其中可以研究重力波和光。

例如,美国宇航局的望远镜合作在LIGO探测到引力波信号后,测量两颗中子星合并的光线,这一消息于2017年宣布。这次事件产生的引力波仅在合并产生的伽马射线前1.7秒被探测到,两者都经过了1.4亿光年,因此科学家们得出爱因斯坦关于另一件事的结论是正确的:引力波和光波的传播速度相同。

卡西尼号土星大气层

如图所示,卡西尼号于2017年9月15日坠入土星大气层。来源:美国国家航空航天局/姓名

9.太阳延迟无线电信号

行星勘探航天器也表现出爱因斯坦对一般相对论有权。由于航天器使用光线与地球通信,以无线电波的形式,他们提出了很大的机会,以了解像太阳像太阳一样的巨大物体的重力改变了光的路径。

1970年,NASA的喷气推进实验室宣布水手六号和七号完成了飞越火星1969年,他利用无线电信号进行了实验,也同意爱因斯坦的观点。使用美国宇航局的深空网(DSN)在美国,两名水手为此进行了数百次无线电测量。研究人员测量了无线电信号从加利福尼亚州戈德斯通的深空网络天线传输到航天器并返回所需的时间。正如爱因斯坦所预测的那样,由于太阳的引力,总往返时间会延迟。对于“水手六号”来说,最大延迟是204微秒,虽然远远小于一秒,但几乎与爱因斯坦的理论所预期的完全一致。

1979年,海盗号着陆器在这些方面进行了更精确的实验。然后,在2003年,一组科学家使用美国宇航局的“卡西尼”号飞船以比维京号高50倍的精确度重复这些无线电科学实验。很明显,爱因斯坦的理论是站得住脚的!

重力探针-B航天器

重力探测器B的概念。经过编辑的拼贴图形成了完整的太空飞行器。资料来源:凯瑟琳·斯蒂芬森、斯坦福大学和洛克希德·马丁公司

10.来自轨道地球的证据

2004年,美国国家航空航天局发射了一艘名为重力探测器B的航天器,专门用来观察爱因斯坦的理论在地球轨道上的运行情况。这个理论认为,地球是一个旋转的物体,在旋转的同时,除了引力扭曲光线外,它还会拉动周围的时空结构。

航天器有四个陀螺仪,并指向星际的Pegasi,同时在杆上绕地球。在这个实验中,如果爱因斯坦错了,这些陀螺仪将始终指向相同的方向。但在2011年,科学家们宣布他们因地球而言,由于其重力,拖着它周围的空间时间,他们观察了陀螺仪的方向的微小变化。

全球定位系统

全球定位系统(GPS)是美国的一种基于空间的无线电导航系统,它可以帮助精确定位三维位置,精确度达到一米(例如纬度、经度和高度),并在地球上任何地方提供纳秒的精确时间。来源:美国国家航空航天局

奖金:你的GPS!

说到时间延迟,你手机或车里的GPS(全球定位系统)依赖于爱因斯坦的理论精度.为了知道你在哪里,你需要一个接收器——比如你的手机,一个地面站和一个环绕地球的卫星网络来发送和接收信号。但根据广义相对论,由于地球引力弯曲时空,卫星经历的时间移动略快于地球。与此同时,狭义相对论认为,如果物体的运动速度比其他物体快得多,时间就会慢得多。

当科学家制定了这些力量的净效果时,他们发现卫星的时钟总是在地球上的时钟前方一小一点。虽然每天的差异是一百万的问题,但改变真的很大。如果GPS没有构建在其技术中的相关性,您的手机将引导您的方式避免使用英尺!

27日评论在“由爱因斯坦的相对论理论引起的10个关键的事情”

  1. 绝对漂亮的圆满!

  2. 这些现象都不是爱因斯坦的“功劳”。

    • 当然,他们是因为爱因斯坦。它们都是全面相对性的直接后果。在喷出垃圾之前阅读物理学书。GPS根本无法运行,而无需一般相对性。

  3. 这一切都是错误的。地球在错误地分配给月球的27.321天内运行。太阳运行的365.256天被错误地分配给了地球。误差=爱因斯坦

  4. 虫洞是什么?

    • 是的,他们怎么样?这个名单是根据观察结果列出的。

      我认为我们没有任何理由认为虫洞还存在。宇宙处于足够大尺度的平坦空间,超新星1987的结果表明,空间在小尺度上是平滑的。膨胀会消除任何先前存在的引力缺陷(将它们从一个典型的可观测宇宙中稀释出来)。

      但大多数情况下,如果你将爱因斯坦方程线性化,费曼路径积分分别描述了空间度规和重力曲率(见威尔切克核心理论),无论如何,由此产生的低能量有效量子场论预测了广义相对论[http://www.scholarpedia.org/article/Quantum_gravity_as_a_low_energy_effective_field_theory].在我看来,广义相对论中的曲率测地线与其他经典场论中的场线类似,是方便的工具,但没有物理上的存在。

  5. 相对论是一种更注重细节的理论,就好像它是由一个女人发明的。不,我不是说它是由一个女人开发的,我是说它可能是由一个女人开发的,也就是Mileva Marić-Einstein。
    毕竟,如果你看她是大学和比较她的丈夫,一个著名的科学家,它让它奇怪,艾伯特是一个负责的理论,如果你知道他的失误和缺乏真正的科学工作后她离开了他……

    • 废话。爱因斯坦衍生的Bose-Einstein在20世纪30年代在离开Mileva MariC并在没有Mileva的情况下派生的一般相对性(她住在瑞士时,他当时在柏林)。Mileva两次失败了她的最终考试,不能毕业。爱因斯坦制作了可有价值的12诺贝尔奖项价值,包括他的1917年关于自发和刺激排放的1917篇文章,为激光创造了理论基础,并开始了冷凝物物理的领域。

      爱因斯坦推导出了EPR公式我是20世纪30年代的,米列娃·玛丽克也没有。

    • 请不要试图为您的个人和/或政治目的重写历史。在没有证据的情况下使用阴谋论。

      科学和文化太重要了!

  6. 首先要考虑的是爱因斯坦想象的时间和空间形成面料的原因是因为从他的有限的角度来看,只使用可见光望远镜,这就是它似乎在那里。他对真正填充了相互连接的电磁结构,等离子体,氦岩当前板材和开启和开关的内容深刻地忽略了真正的空间。
    所有这些所谓的证据都不是。光在恒星或星系周围弯曲是由于等离子体大气折射。LIGO不能被当真。陀螺实验也不能。
    爱因斯坦在这些发现之前死亡。

    • 一个真正的物理学家|2020年8月30日下午5点43分|回复

      引力波是真实的。爱因斯坦是对的;你还没聪明到能理解为什么他是对的。这才是真正的悲剧。先学张量微积分。

    • Ligo和Virgo——三个或多或少独立的天文台,看到的都是同样的东西——不能当真!

      你总不能指望别人认真对待你吧。另外,为什么在科学网站上鼓吹已知的伪科学?

  7. 米列娃·玛丽克为了毕业两次期末考试不及格。根据耶鲁大学应用物理学负责人道格拉斯·斯通的说法,爱因斯坦应该获得8到12个诺贝尔奖。爱因斯坦的广义相对论是经典物理学的总和,用保罗·狄拉克的话说,它是“有史以来最伟大的科学发现”。爱因斯坦,如果有的话,是我们低估了他。史上最伟大的科学家。

    • 牛顿做得更加沉重,所以做 - 可以说 - 达尔文(虽然在他的案例中,有部分并行努力,如华莱士)。

      此外,Einsteins后来被误导了数年(在举行的“一切”的“一切”)不是一个很好的优点。(但至少他并没有被伊丁顿的岩石。)

  8. 两个光子从同一个巨大的事件中发射出来,在旅行了73亿年之后,相隔十分之九秒到达。实际的光子脉冲持续2.1秒,包含的伽马射线光子比前面提到的两个要多得多。
    那么,发射光子的GRB有多强大呢?足以使发生事件的星系绝育吗?

  9. 最后一项 - 以依赖于局部引力场强的特殊性速率时钟滴答 - 对量子力学的影响。在1964年的论文中,约翰··贝尔忽视了这一事实,导致他达到预测,即几十年后,发现不同意实验。贝尔包括暂停时间 - 从空间中的一个位置变化到下一个位置 - 他将导致导出与QM预测相匹配的不同预测。由于各种原因,缠绕的颗粒迅速Decohere,并且差动时间保持是我们宇宙中不可避免的一个关键原因。什么爱因斯坦被嘲笑为“距离偏离”的“幽灵动作”结果是不是那么幽灵的时间保持一段距离。难以捉摸的“隐藏变量”最肯定可以存在,但它们必须是时变的。只有静态特征才会遵守贝尔的不平等。即使是Alain方面的光子也经过严重的红色移位/蓝色偏移,因为它们遍历俯视宇宙的重力梯度。

  10. 由于我回到这里,我被提示记得我找到了诱人的其他结果:

    -磁力和洛伦兹力是经典的低速相对论效应,相对论的普遍速度极限已经在麦克斯韦把电和磁结合成场的理论中出现了。(这是规范和量子场理论的基础。)

    -现在的太阳系及其稳定性似乎是相对论的结果!

    “近年来的数值模拟主要令人惊讶的是,这一灾难性事件发生的概率相对较高,约为1%,因此不仅仅是数学上的好奇心和极低的概率值。与此同时,99%的轨道将以与最近数百万年相似的方式运行,这与我们的普遍认识一致,即太阳系在过去4个Gyr中没有多大的演变。更令人惊讶的是,如果我们考虑一个纯牛顿的世界,从目前的初始条件开始,5 Gyr内的碰撞概率增长到60%,因此可以认为是广义相对论的另一个间接确认。”

    http://www.scholarpedia.org/article/stability_of_the_solar_system.]

  11. “因此,虽然一些学者认为没有足够的证据支持Marić帮助爱因斯坦发展他的理论,但其他人认为,他们的信件表明他们之间的合作,至少在1901年他们的孩子出生之前。”
    通过https://en.wikipedia.org/wiki/mileva_mari%c4%87...

    好吧,但宇宙可能是一个男人,而不是一个女人,因为物质比反物质多……
    毕竟,上帝也可以是女人。

  12. 所以,谁在于诺贝尔奖的现金流......无法重写,只是忽略!

  13. …所以!
    什么是爱因斯坦在冥王星轨道上的常备点,...预测那个有多好?
    我只是找不到任何数据,奇怪,虽然......

  14. 列弗版本——天空|2020年10月25日上午5点34分|回复

    SRT是完全错误的,因为它是基于错误的转换类型:它们失去了表征多普勒效应的比例因子。
    首先,Lorentz被认为是一种更一般的转变形式(具有比例因子),而且他,也是庞的,而且爱因斯坦在没有适当的理由的情况下将其等同于1。它们的形式是人为缩小的,公式变得不正确。这导致了理论的逻辑矛盾,到无法解决的悖论。
    因此,GRT也是不正确的。
    更多详情,请参阅我的小册子《相对论和统一场论回忆录》(2000):
    http://vixra.org/abs/1802.0136

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