【正文】 GPS衛(wèi)星在地平線上時(shí)，由于位移產(chǎn)生的誤差將會(huì)達(dá)到 133納秒。為此，在GPS衛(wèi)星發(fā)射前，要先把其時(shí)鐘的走動(dòng)頻率調(diào)慢 100億分之 ，把 調(diào)為 。 在同時(shí)考慮了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論后， GPS衛(wèi)星時(shí)鐘每天還要快上大約38微秒，這似乎微不足道，但是如果我們考慮到 GPS系統(tǒng)必須達(dá)到的時(shí)間精度是納秒級(jí)的，這個(gè)誤差就非?？捎^了（ 38微秒等于 38000納秒）。根據(jù)廣義相對(duì)論，物質(zhì)質(zhì)量的存在會(huì)造成時(shí)空的彎曲，質(zhì)量越大，距離越近，就彎曲得越厲害，時(shí)間則會(huì)越慢。因此在地球上看 GPS衛(wèi)星，它們攜帶的時(shí)鐘要走得比較慢，用狹義相對(duì)論的公式可以計(jì)算出，每天慢大約 7微秒。 GPS衛(wèi)星以每小時(shí) 14000千米的速度繞地球飛行。這些 GPS衛(wèi)星在空中的位置是精心安排好的，任何時(shí)候在地球上的任何地點(diǎn)至少都能見到其中的 4顆。在十幾年前， GPS還是高尖端的東西，而現(xiàn)在它已進(jìn)入了普通人家，只要花幾百塊錢給車輛裝一個(gè) GPS導(dǎo)航儀，或花一、兩千塊錢買一個(gè)帶 GPS的手機(jī)，就可以隨時(shí)知道自己在地球上的準(zhǔn)確位置。 中子星 的形成和結(jié)構(gòu)、黑洞物理和黑洞探測、引力輻射理論和引力波探測、大爆炸宇宙學(xué)、量子引力 以及 大尺度時(shí)空的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 等問題的研究正在深入，廣義相對(duì)論成為物理研究的重要理論基礎(chǔ)。到 20世紀(jì) 60年代，情況發(fā)生變化，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)引力天體（中子星）和 3K宇宙背景輻射，使廣義相對(duì)論的研究蓬勃發(fā)展起來。 ? 廣義相對(duì)論由于它被令人驚嘆地證實(shí)以及其理論上的優(yōu)美，很快得到人們的承認(rèn)和贊賞。廣義相對(duì)論提出以來，預(yù)言了水星近日點(diǎn)反常進(jìn)動(dòng)、光頻引力紅移、光線引力偏折以及雷達(dá)回波延遲，都被天文觀測或?qū)嶒?yàn)所證實(shí)。時(shí)間空間的彎曲結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)能量密度、動(dòng)量密度在時(shí)間空間中的分布，而時(shí)間空間的彎曲結(jié)構(gòu)又反過來決定物體的運(yùn)動(dòng)軌道。 廣義相對(duì)論的應(yīng)用 ? 按照廣義相對(duì)論，在局部慣性系內(nèi)，不存在引力，一維時(shí)間和三維空間組成四維平坦的歐幾里得空間；在任意參考系內(nèi)，存在引力，引力引起時(shí)空彎曲，因而時(shí)空是四維彎曲的非歐黎曼空間。當(dāng)然，這種精確度也很容易受到影響。他表示，“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明了重力確實(shí)在改變時(shí)間的流逝速度，這也是廣義相對(duì)論的基本概念。穆勒介紹說，“如果自由落體的時(shí)間延長到宇宙的年齡 140億年的話，那么上下路線之間的時(shí)間差異將只有百分之一秒，而測量的精確度將達(dá)到 60微微秒。換句話說，重心引力的稍微減弱，引起了時(shí)間多流逝一點(diǎn)?？茖W(xué)家們的目標(biāo)就是測量在這些狀態(tài)中原子波的能量振蕩差異。瞬間后，第二束激光束再將這些被推移的原子送到下方，然后將保持不動(dòng)的原子送到上方。在其中一種狀態(tài)中，原子會(huì)被激光脈沖推移大約 1毫米的十分之一，這樣它就會(huì)與地球的重力場遠(yuǎn)離一點(diǎn)點(diǎn)。這種波被用作超高速時(shí)鐘，振蕩速度接近每秒 10^24(10的24次方 )次。研究團(tuán)隊(duì)成員還包括了著名的華裔物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主、美國現(xiàn)任能源部長朱棣文，他們的研究成果發(fā)表于 《 自然 》 雜志上。他們發(fā)現(xiàn)，火箭上的原子鐘所測量出的時(shí)間比地面上的原子鐘所測量的時(shí)間要長。 一百年來，科學(xué)家們進(jìn)行了各種試驗(yàn)對(duì)愛因斯坦相對(duì)論進(jìn)行了論證和研究。理論認(rèn)為，時(shí)間流逝的速度依賴于你所處的位置。 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 24 美科學(xué)家以萬倍精度驗(yàn)證愛因斯坦相對(duì)論 北京時(shí)間 2022年 2月 24日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，一支由著名華裔物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主朱棣文等人組成的美國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近期驗(yàn)證了愛因斯坦相對(duì)論關(guān)于時(shí)間流逝的精確性，他們通過驗(yàn)證得出的精確度比以前提高了 10000倍。另外，脈沖星和活動(dòng)星系的中心也會(huì)輻射伽瑪射線?！? 在太空中，只有部分伽瑪射線來自于伽瑪暴。這兩個(gè)光子在百萬萬億分之一的精度上以同樣的速度傳播。而在傳播了 70億光年后，這對(duì)光子到達(dá)時(shí)間差只有 。地面研究表明，這個(gè)爆發(fā)發(fā)生在 73億光年外的一個(gè)星系中。 下面的動(dòng)畫展示了科學(xué)家根據(jù)新理論預(yù)期觀測到的時(shí)間延遲 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 23 2022年 5月 10日，費(fèi)米與其他衛(wèi)星探測到了一個(gè)所謂的短伽瑪暴，爆發(fā)名為 GRB 090510。一些理論家預(yù)言，高能光子的傳播存在延遲，原因是它們會(huì)與時(shí)空理論中的泡沫結(jié)構(gòu)發(fā)生更強(qiáng)的相互作用。 這樣的模型違背了愛因斯坦的斷言，也就是所有的電磁輻射，包括射電波、紅外線、可見光、 X射線和伽瑪射線，在真空中都以同樣的速度傳播?！? 許多新的引力理論將時(shí)空描繪成漂移的泡沫結(jié)構(gòu)，其物理尺度相當(dāng)于電子的萬億分之一。米切爾森（ Peter Michelson）說：“物理學(xué)家希望，能把愛因斯坦在相對(duì)論中表達(dá)出來的引力觀用處理所有基本作用力的某種東西替代。這些成果的完成是一種衡量，給人們提供了關(guān)于空間和時(shí)間（在愛因斯坦的理論中統(tǒng)一為時(shí)空）根本結(jié)構(gòu)的稀有實(shí)驗(yàn)證據(jù)?？茖W(xué)家們希望“費(fèi)米”能通過觀測高能伽瑪射線來發(fā)現(xiàn)眾多新的脈沖星，揭示超大質(zhì)量黑洞的內(nèi)部機(jī)理，并有助于物理學(xué)家尋找新的自然定律。費(fèi)米（ 1901～ 1954）。 這臺(tái)世界上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡是通過高能伽瑪射線觀察宇宙，最初這個(gè)天文臺(tái)被稱作“伽瑪射線廣域空間望遠(yuǎn)鏡” (Gammaray Large Area Space Telescope)，但是當(dāng)這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡建成后開始正常運(yùn)行時(shí)，又被重新命名字為“費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡”。 費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡是去年才發(fā)射升空的最新天文望遠(yuǎn)鏡，致力于探尋宇宙中最劇烈的大爆炸所產(chǎn)生的伽馬射線。他指出，這一研究成果有助于排除有關(guān)宇宙加速度的一些不合理解釋，同時(shí)讓研究人員能夠更進(jìn)一步地了解暗能量。 美國普林斯頓大學(xué)的理論天體物理學(xué)家大衛(wèi) ”其研究小組在 2022年 2月10日出版的 《 天體物理學(xué)雜志 》上發(fā)表兩篇相關(guān)論文。于是，不但現(xiàn)有的星系團(tuán)減慢了自己的生長速度，而且新的星系團(tuán)的形成速度也因此減慢。 實(shí)際上，這一時(shí)期是暗能量向外的推力與向內(nèi)的重力之間“拔河”的一個(gè)至關(guān)重要的時(shí)期。通過對(duì)美國宇航局 (NASA)的錢德拉 X射線天文臺(tái)拍攝的 X射線圖像進(jìn)行分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些天體結(jié)構(gòu)的生長速度早在 55億年前已開始減慢。威赫里寧及其同事，繪制了星系團(tuán)在幾十億年間生長的圖表。研究結(jié)果為愛因斯坦的廣義相對(duì)論提供了新的證據(jù)，也進(jìn)一步支撐了暗能量是真空中的一種內(nèi)在的不可改變的屬性這一觀點(diǎn)。 引力透鏡 （ gravitational lensing） 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 16 引力透鏡 （ gravitational lensing） 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 17 Einstein ring 2022/3/13 廣義相對(duì)論 _緒論 18 觀測證實(shí)暗能量抑制星團(tuán)生長 有力支持相對(duì)論 十二年前，對(duì)遙遠(yuǎn)的超新星的研究發(fā)現(xiàn)了暗能量，正是它正在加速宇宙的膨脹。當(dāng)我們透過一個(gè)酒杯去看遠(yuǎn)方的街燈時(shí)，常會(huì)看到單一街燈的多重影像，“引力透鏡”效應(yīng)造成背景星系多重影像的道理也與此相似。這是一個(gè)典型的“引力透鏡”現(xiàn)象，照片中心黃色影像是一個(gè)巨大的星系團(tuán)，而那些藍(lán)色的物體其實(shí)是同一個(gè)星系，位于星系團(tuán)的后面。盤內(nèi)緣的氣體以 40%光速的速度圍繞中子星運(yùn)動(dòng)，這樣的速度足以導(dǎo)致愛因斯坦相對(duì)論預(yù)言的效應(yīng)。他們認(rèn)為，氣體的飛速運(yùn)動(dòng) (和相對(duì)強(qiáng)大的地心引力 )導(dǎo)致了光譜線的扭曲，形成更長波長的拖尾。 中子星周圍的時(shí)空彎曲 ? 通常來說，測量到的過熱的鐵原子光譜線應(yīng)有均勻?qū)ΨQ的峰值。即，任何具有質(zhì)量的物體作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生引力波。 雙脈沖星的運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證了愛因斯坦的預(yù)言，即廣義相對(duì)論在超強(qiáng)重力場中仍然起作用。根據(jù)傳統(tǒng)的牛頓物理學(xué)觀點(diǎn)，星球在圍繞其他中心天體公轉(zhuǎn)時(shí)，其自轉(zhuǎn)軸方向相對(duì)于中心天體來說通常是固定的。通過天蝕現(xiàn)象人們可以推測 。但是，一個(gè)可行性的觀測方法：利用天蝕現(xiàn)象觀測。地球上的射電望遠(yuǎn)鏡根據(jù)脈沖星的電磁波進(jìn)行跟蹤觀測，其中一顆每 23毫秒可觀測一次，一顆每 。 PSR J07373039A/B距離地球達(dá) 1700光年。強(qiáng)烈的引力造成了這種所謂的自旋進(jìn)動(dòng)，而天體的質(zhì)量越大，這一過程便越容易被觀測到。愛因斯坦曾表明，任何一個(gè)自轉(zhuǎn)著的天體，由于它的轉(zhuǎn)動(dòng)，都會(huì)拖曳空間與時(shí)間。索恩說，這是對(duì)愛因斯坦思想的一個(gè)極其重要的檢驗(yàn)。這種現(xiàn)象被稱作“框架拖曳”。 1997年 11 月初，在美國天文學(xué)會(huì)于科羅拉多洲埃斯特帕克舉行的會(huì)議上，科學(xué)家們宣布，他們所發(fā)現(xiàn)的證據(jù)證實(shí)了愛因斯坦廣義相對(duì)論作出的一個(gè)奇妙的預(yù)言。這也是對(duì)廣義相對(duì)論的重要驗(yàn)證。這個(gè)預(yù)言是說，由于光線在引力場中一般沿曲線傳播，與無引力場時(shí)相比，其傳播時(shí)間要變慢。 1968年沙皮羅設(shè)計(jì)的廣義相對(duì)論的 第四個(gè)驗(yàn)證“雷達(dá)波傳播中的時(shí)間延遲” 取得成功。 ? 眾所周知， 90余年來，這三大檢驗(yàn)均取得了令人滿意的結(jié)果。 第一節(jié)：引言 ? 愛因斯坦于 90余年前創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，它將引力、空間與時(shí)間三者聯(lián)系了起來，是人類認(rèn)識(shí)自然界歷史上的一次大飛躍。他的研究統(tǒng)計(jì)理論，有一個(gè)明確目的，就是要用來測定分子的實(shí)際大小，以解決當(dāng)時(shí)科學(xué)思想戰(zhàn)線上爭論最激烈的問題：原子和分子究竟是否存在？這項(xiàng)研究的結(jié)果就是 1905年 4月和 5月關(guān)于液體中懸浮粒子運(yùn)動(dòng)的兩篇文章，不僅在理論上完全解決了 1827年發(fā)現(xiàn)的布朗運(yùn)動(dòng)，而且提出了測定分子大小的新方法。 三 . 分子運(yùn)動(dòng)論： Einstein最初發(fā)表的幾篇論文，都是關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)論和熱力學(xué)方面的。 1924年，當(dāng)?shù)虏剂_意的物質(zhì)波假說剛提出，他就用來處理單原子理想氣體，同波色一起建立了波色－愛因斯坦量子統(tǒng)計(jì)理論。 1916年的論文 《 關(guān)于輻射的量子理論 》 ，是量子論發(fā)展第一階段的理論總結(jié)，它從波爾的原子構(gòu)造假說出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法導(dǎo)出普朗克的輻射公式。他在 1905年 3月的論文 《 關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn) 》 中，把量子概念擴(kuò)充到輻射的發(fā)射和吸收上去，提出了光量子（光子）假說，這是歷史上第一次揭示了微觀客體的波粒二象性，可是當(dāng)時(shí)只有極少數(shù)物理學(xué)家支持這一理論，普朗克本人直至 1913年還表示反對(duì)。他不光是位偉大的科學(xué)家，還是一個(gè)富有哲學(xué)探索精神的杰出的思想家。他把自己后半生的主要精力都用在這方面。他創(chuàng)立了相對(duì)論宇宙學(xué)，建立了靜態(tài)有限無邊的自洽