爱因斯坦预言的三个检验广义相对论的实验是什么?
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发布时间：2022-04-24 23:53
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时间：2023-10-15 05:09
在广义相对论建立之初，爱因斯坦提出了三项实验检验，一是水星近日点的进动，二是光线在引力场中的弯曲，三是光谱线的引力红移。其中只有水星近日点进动是已经确认的事实，其余两项只是后来才陆续得到证实。
1、水星近日点进动
1859年，天文学家勒威耶（Le Verrier）发现水星近日点进动的观测值，比根据牛顿定律计算的理论值每百年快38角秒。他猜想可能在水星以内还有一颗小行星，这颗小行星对水星的引力导致两者的偏差。可是经过多年的搜索，始终没有找到这颗小行星。1882年，纽康姆（S.Newcomb）
经过重新计算，得出水星近日点的多余进动值为每百年43角秒。他提出，有可能是水星因发出黄道光的弥漫物质使水星的运动受到阻力。但这又不能解释为什么其他几颗行星也有类似的多余进动。纽康姆于是怀疑引力是否服从平方反比定律。后来还有人用电磁理论来解释水星近日点进动的反常现象，都未获成功。
1915年，爱因斯坦根据广义相对论把行星的绕日运动看成是它在太阳引力场中的运动，由于太阳的质量造成周围空间发生弯曲，使行星每公转一周近日点进动为：
其中a为行星轨道的长半轴，c为光速，以cm/s表示，e为偏心率，T为公转周期。对于水星，计算出ε=43″/百年，正好与纽康姆的结果相符，一举解决了牛顿引力理论多年未解决的悬案。这个结果当时成了广义相对论最有力的一个证据。水星是最接近太阳的内行星。
离中心天体越近，引力场越强，时空弯曲的曲率就越大。再加上水星运动轨道的偏心率较大，所以进动的修正值也比其他行星为大。后来测到的金星，地球和小行星伊卡鲁斯的多余进动跟理论计算也都基本相符。
2、光线在引力场中的弯曲
1911年爱因斯坦在《引力对光传播的影响》一文中讨论了光线经过太阳附近时由于太阳引力的作用会产生弯曲。他推算出偏角为0.83″，并且指出这一现象可以在日全食进行观测。1914年德国天文学家弗劳德（E.F.Freundlich）领队去克里木半岛准备对当年八月间的日全食进行观测，正遇上第一次世界大战爆发，观测未能进行。
幸亏这样，因为爱因斯坦当时只考虑到等价原理，计算结果小了一半。1916年爱因斯坦根据完整的广义相对论对光线在引力场中的弯曲重新作了计算。他不仅考虑到太阳引力的作用，还考虑到太阳质量导致空间几何形变，光线的偏角为：α=1″.75R0/r，其中R0为太阳半径，r为光线到太阳中心的距离。
1919年日全食期间，英国皇家学会和英国皇家天文学会派出了由爱丁顿（A.S.Eddington）等人率领的两支观测队分赴西非几内亚湾的普林西比岛（Principe）和巴西的索布腊儿尔（Sobral）两地观测。经过比较，两地的观测结果分别为1″.61±0″.30和1″.98±0″.12。
把当时测到的偏角数据跟爱因斯坦的理论预期比较，基本相符。这种观测精度太低，而且还会受到其他因素的干扰。人们一直在找日全食以外的可能。20世纪60年代发展起来的射电天文学带来了希望。用射电望远镜发现了类星射电源。1974年和1975年对类星体观测的结果，理论和观测值的偏差不超过百分之一。
3、光谱线的引力红移
广义相对论指出，在强引力场中时钟要走得慢些，因此从巨大质量的星体表面发射到地球上的光线，会向光谱的红端移动。爱因斯坦1911年在《引力对光传播的影响》一文中就讨论了这个问题。他以Φ表示太阳表面与地球之间的引力势差，ν0、ν分别表示光线在太阳表面和到达地球时的频率，得：（ν0 -ν）/ν=-Φ/c2=2×10－6.
爱因斯坦指出，这一结果与法布里（C.Fabry）等人的观测相符，而法布里当时原来还以为是其它原因的影响。
1925年，美国威尔逊山天文台的亚当斯（W.S.Adams）观测了天狼星的伴星天狼A。这颗伴星是所谓的白矮星，其密度比铂大二千倍。观测它发出的谱线，得到的频移与广义相对论的预期基本相符。
1958年，穆斯堡尔效应得到发现。用这个效应可以测到分辨率极高的r射线共振吸收。1959年，庞德（R.V.Pound）和雷布卡（G.Rebka）首先提出了运用穆斯堡尔效应检测引力频移的方案。接着，他们成功地进行了实验，得到的结果与理论值相差约百分之五。
用原子钟测引力频移也能得到很好的结果。1971年，海菲勒（J.C.Hafele）和凯丁（R.E.Keating）用几台铯原子钟比较不同高度的计时率，其中有一台置于地面作为参考钟，另外几台由民航机携带登空，在1万米高空沿赤道环绕地球飞行。
实验结果与理论预期值在10%内相符。1980年魏索特（R.F.C.Vessot）等人用氢原子钟做实验。他们把氢原子钟用火箭发射至一万公里太空，得到的结果与理论值相差只有±7×10^-5。
扩展资料
1、发展过程
爱因斯坦在1905年发表了一篇探讨光线在狭义相对论中，重力和加速度对其影响的论文，广义相对论的雏型就此开始形成。1912年，爱因斯坦发表了另外一篇论文，探讨如何将引力场用几何的语言来描述。至此，广义相对论的运动学出现了。到了1915年， 爱因斯坦场方程发表了出来，整个广义相对论的动力学才终于完成。
2、求解场方程
1915年后，广义相对论的发展多集中在求解场方程上，解的物理解释以及寻求可能的实验与观测也占了很大的一部份。但场方程是非线性偏微分方程，很难得出解来，所以在电脑应用于科学上之前，只得到了少数的精确解。其中最著名的有三个解：史瓦西解、 雷斯勒——诺斯特朗姆解、克尔解。
3、三大验证
在广义相对论的实验验证上，有著名的三大验证。在水星近日点的进动中，每百年43秒的剩余进动长期无法得到解释，被广义相对论完满地解释清楚了。
光线在引力场中的弯曲，广义相对论计算的结果比牛顿理论正好大了1倍，爱丁顿和戴森的观测队利用1919年5月29日的日全食进行观测的结果，证实了广义相对论是正确的。
再就是引力红移，按照广义相对论，在引力场中的时钟要变慢，因此从恒星表面射到地球上来的光线，其光谱线会发生红移，这也在很高精度上得到了证实。从此，广义相对论理论的正确性得到了广泛地承认。
另外，宇宙的膨胀也创造出了广义相对论的另一场*。从1922年开始，研究者们就发现场方程所得出的解答会是一个膨胀中的宇宙，而爱因斯坦在那时自然也不相信宇宙不是静止的，所以他在场方程中加入了一个宇宙常数来使场方程可以解出一个稳定宇宙的解。
但是这个解有两个问题：在理论上，这个解不稳定，一经微扰便会膨胀或收缩；另外在观测上，1929年，哈勃发现了宇宙其实是在膨胀的，这个实验结果使得爱因斯坦放弃了宇宙常数，并宣称这是我一生最大的错误(the biggest blunder in my career)。
但根据最近的I型超新星的观察，宇宙膨胀正在加速。所以宇宙常数有再度复活的可能性，宇宙中存在的暗能量可能要用宇宙常数来解释。
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时间：2023-10-15 05:09
验证广义相对论的实验有三个，水星剩余进动、光线弯曲和引力红移。这三个实验对于广义相对论的验证起到了至关重要的作用，因而被称为广义相对论的三个经典实验。
爱因斯坦继续运用归纳法，将不同概念的引力质量和惯性质量的表观等价提升为等效原理，规定这两个概念是完全相同的。于是作为物理对象的物质与作为物理背景的空间建立起了有机的联系。空间可以影响包括光子在内的任何物体的运动行为，而物质也可以使空间产生几何弯曲。
扩展资料：
注意事项：
爱因斯坦的新引力理论吸引了当时在剑桥大学天文系的爱丁顿爵士。爱丁顿抓住了一个验证光线偏折的绝佳机会，发生在1919年5月29日的全日食。当全日食发生时，太阳耀眼的光芒就会被遮挡住，为我们观测太阳背景恒星制造了机会。如果爱因斯坦的理论正确，那么恒星会发生偏折，也就是说遥远恒星的位置与视位置会有偏差。
爱丁顿组成了一对远征队，一队前往巴西塞阿蜡，一对前往非洲西岸的圣多美和普林西比，分别在日全食发生的时候对太阳附近的背景恒星星进行观测。观测的结果跟爱因斯坦的预测完全符合。
参考资料来源：人民网-人类首张黑洞真容亮相 验证爱因斯坦广义相对论预言
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时间：2023-10-15 05:10
光线在引力场中的偏转、水星轨道近日点的进动、光谱线的红向移动。
在广义相对论的实验验证上，有著名的三大验证。在水星近日点的进动中，每百年43秒的剩余进动长期无法得到解释，被广义相对论完满地解释清楚了。
光线在引力场中的弯曲，广义相对论计算的结果比牛顿理论正好大了1倍，爱丁顿和戴森的观测队利用1919年5月29日的日全食进行观测的结果，证实了广义相对论是正确的。
扩展资料：
从本质上说，所有的物理问题都涉及到采用哪一种时空观的问题。直到20世纪，在经典物理学中，牛顿的绝对时空观被采纳。相对论的公式改变了这种对时间和空间的看法，使得有必要根据相对论的要求重写经典物理的公式，使它有了相对论所要求的洛伦兹协方差而不是先前的伽利略协方差。
在经典理论物理的三个领域中，电动力学本身是洛伦兹协变的，不需要重写；统计力学具有一定的特殊性，但这种特殊性在原则上并没有带来许多亟待解决的困难。
和大多数的经典力学相对论形式可以成功的，所以它可以用来更好的描述的高速运动的物体，但只有牛顿的引力理论不是狭义相对论，这直接导致扩大的框架下爱因斯坦狭义相对论，并得到了广义相对论。
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时间：2023-10-15 05:10
