新2备用网址(www.22223388.com):光不只会“拐弯”,还率领人类刷新了对宇宙的认知?

光有“重量”吗?它受不受引力的作用?这个问题曾引起许多著名物理学家的好奇心,正由于对它不懈地思索,促使爱因斯坦确立著名的广义相对论,而对这个问题的实验考察,又使广义相对论的准确性得以验证。

“光的重量”问题还涉及现代天文学对星系及星系团的探索问题,甚至改变了人类对物质,甚至对整个宇宙结构的熟悉。

早在300多年前,牛顿曾经设想光是由粒子组成的,他不仅用光的粒子性注释反射和折射征象,还以为像一切物体那样,光也可能受到引力的吸引,在引力场中是有“重量”的。

牛顿

1704年,牛顿在他的《光学》一书中写道:“物体能隔着一段距离对光有作用吗?这种作用会不会使光线弯曲?当距离最小时,这种作用也最强吗?”虽然牛顿没有进一步盘算,但这一席话激起了人们对这一问题的兴趣。

一百年已往了。1801年,德国天文学家约翰・索德纳(John von Solder)做了详细的盘算,他得出光线在太阳引力作用下的弯曲量,可是这个量着实太小,以致在那时找不到足够准确的仪器,也没有那么优良的照相装备,验证这个效果险些是不能能的,因而没有引起人们的注重。

另有另外一位对光线引力弯曲感兴趣的人,这就是英国著名的天文学家阿瑟・爱丁顿。他设想光线掠过太阳时,就像一颗颗光粒子掠过太阳。在太阳引力作用下,这些粒子的轨迹会发生弯曲。他行使牛顿引力理论举行盘算,所获得的效果是,在光线经由太阳之后,光线弯曲0.9弧秒(弧秒是角度单元,1弧秒相当于0.01592度)。这个数值仍然太小,相当于光线流传5千米,只有一个拇指宽度的偏斜量。

就在这一时期,爱因斯坦确立了广义相对论,获得了引力场方程。凭证这个方程,爱因斯坦也对光线受到太阳引力发生的弯曲举行了盘算,得出来的效果与爱丁顿的效果相同。但这是爱因斯坦行使他最初谁人不完善的引力方程算出来的。当爱因斯坦完善了他的引力场方程后,所盘算出来的光线弯曲量比原来增大了一倍,也就是1.8弧秒。他建议天文学界对这一征象举行实地丈量。仿效牛顿,他也把这个观察叫做“光线称重”的实验。

爱因斯坦

爱因斯坦是一位具有特殊想象力的人,这个“光线称重”实验设计得异常巧妙,他把实验室搬到天空,实验器械就是星球,这样能展示出引力对光线弯曲的伟大威力。

引力透镜是强引力场中一种特殊的光学效应。假设地球与一颗遥远的天体之间恰好有一个强引力场天体,三者差不多在一条直线上,强引力场天体周围的时空弯曲使远方天体的光不能沿直线到达地球,而使地球上观察到的像偏离了它原本所在的偏向,其效果类似于透镜对光线的折射作用,称为引力透镜效应。

爱因斯坦还建议,实验应该在日食发生时举行。若是在日食发生时,在太阳背后正好有一颗明亮的星,由于被太阳遮挡,人们看不到它,然则太阳引力的作用就似乎透镜,能使那颗星发出的光线在经由太阳时弯曲,弯曲后的光射向地球,人们将能通过太阳这个“引力透镜”看到这颗被盖住的星。

日全食时,观察太阳后面的目的原理图

1917年,正在英国剑桥的爱丁顿注重到爱因斯坦的建议,他马上意识到这一实验的主要价值。爱丁顿是一位卓越的天文学家,不仅谙熟物理,对数学也很醒目,当天下上绝大多数物理学家还不能读懂爱因斯坦的理论时,他很快能读懂,更洞见出这一理论在物理学和天文学中的主要价值。稀奇是当他得知,爱因斯坦盘算出太阳引力弯曲值是他盘算值的两倍时,马上意识到这个数据将是爱因斯坦对牛顿的挑战,验证这个值,正好能在两个引力理论中,判别哪一个是准确的。

爱丁顿

,

新2备用网址

新2备用网址(www.huangguan.us)实时更新发布最新最快的新2代理线路网址、新2会员线路网址、新2备用登录网址、新2手机版登录网址、新2皇冠登录网址。

,

这一挑战也引起了英国天文学家、格林威治天文台台长弗兰克・戴森的极大兴趣。他马上主持组建了两支天文丈量队,一支派往非洲西海岸的普林西比岛,另一支派往巴西北部的索布拉尔。在1919年日食发生的前一个月,两支丈量队划分到达驻地。1919年5月29日日食发生的当天,丈量队架设晴天文望远镜和照相装备,一次举世瞩目的天文学壮举就这样最先了。

然而那一天并不顺遂,天公不作美。在普林西比岛,云将太阳遮住,无法捕捉到太阳背后的星光。“我们架设好望远镜和照相装备,准备好最优良的照相底片,目的照直瞄准一亿多千米远的太阳外面。”爱丁顿回忆道:“在那时我们什么也做不了。但我神秘地觉察,似乎缄默的大自然和幽暗的大地被观察者的呼声和节奏器的嘀嗒声所叫醒,天空突然泛起事业,我们终于获得清晰的曝光。”

由于天气欠好,在普林西比岛的观察效果中,只有两张底片可以获得丈量数据。它们给出的效果是,从遥远星光发出的光线在太阳引力作用下弯曲了1.61弧秒,与爱因斯坦的效果很靠近。

实验中其中一张可用的图片

在巴西,丈量队的观察天气异常好。他们的两架望远镜都获得了却果。一个效果是1.98弧秒,另一个是0.9弧秒。爱丁顿选择了谁人大的效果。他注释说,另一张底片异常模糊,不足以提供有说服力的数据。只管这种做法存疑,英国皇家天文学会照样接受了爱丁顿的做法。

在昔时的9月,实验的效果陆续传了出来。9月22日,亨德里克・洛伦兹发电报把这一新闻告诉爱因斯坦,爱因斯坦异常兴奋,物理学界也由于这一乐成受到了很大的震惊。听说德国著名的物理学家马克思・普朗克一夜没睡,焦虑地守候观察效果是否能证实爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦厥后开顽笑说:“他要是真正明了了广义相对论,就会像我那样上床睡觉去了”。

1919年11月6日,英国皇家天文学会在伦敦举行盛大庆典,爱因斯坦的理论被证实的新闻正式公之于众。英国皇家学会会长,诺贝尔奖得主J.J.汤姆森庄重地指出,这是“人类头脑史上最伟大的成就之一。这一发现,不是找到了一个伶仃的科学理论,而是发现了科学头脑的新大陆。这是自牛顿查明引力定律以来,和引力相关的最伟大发现。”

在1919年以前,爱因斯坦就已经蜚声天下,当太阳的引力光线弯曲被证实后,他溘然酿立室喻户晓的民众人物。《泰晤士报》的头版头条以“科学的革命――宇宙的新理论/牛顿的头脑遭遇挑战而被废弃”为题报道了皇家学会庆典的盛况。

报道为读者绘图做出了注释

在大西洋彼岸,《纽约时报》更会造势,它的头版头条新闻的题目耸人听闻:“天空中的光线都歪斜了!”为了更吸引读者,这篇文章中说:“事实上,你所见到的星,并不在你所看到的谁人地方。”实在这件事并不需要爱因斯坦的引力论,稍加思索就可以知道,来自几万、几百万,甚至上亿光年的星光到达你的眼睛时,它们早就不在你所看到的谁人地方了。

德国也迅速做出了反映,1919年12月14日,德国一份著名的报刊以险些整版刊登爱因斯坦的照片和文章。这篇文章的内容得体而庄重,题目是“天下史上的新星――阿尔伯特・爱因斯坦,他的研究变化了我们对自然界的熟悉,这一发现与哥白尼、开普勒和牛顿相比肩”。两年以后,爱因斯坦获得“普鲁士骑士”称谓(相当于英国的爵士),并获得一枚普鲁士奖章,奖章有大块怀表那样大,有蓝色和金色的绲边,装饰着四个金色的皇冠和一个普鲁士鹰,但爱因斯坦从来没有佩带过它。

“引力透镜”效应的真正价值体现在半个世纪以后。自20世纪70年月最先,人们行使射电望远镜观察发自脉冲星的无线电波。无线电波不受太阳光的滋扰,无须守候日食,还可以在日间黑夜连续观察。大量的观察效果不仅以很高的精度证实爱因斯坦的引力理论,还进一步丈量到光线经由木星时的引力偏移。木星对光线引力偏移量是太阳的1/100,这一数值又正好与爱因斯坦的理论效果相一致。

从20世纪末到21世纪10年月,光线引力透镜效应已经是近代天文观察不能缺少的手段,以哈勃空间望远镜、斯皮策红外线空间望远镜及钱德拉X射线观察台为首,一个大型天文观察目的正向宇宙深度进发。

天文学家行使发自遥远星系背后种种波段射线的引力偏移,可以推断遥远星系的质量,探索遥远星系周围重大的暗物质云,甚至发现更年轻星系的天生历程,由此推知宇宙星系形成初期的情景。

在大尺度物质天下中,光的“重量”是一个不能忽视的征象,也是左右宇宙结构的动因之一。凭证爱因斯坦的引力论,只要有物质存在,无论时间照样空间都要受到影响,光线在引力场中的弯曲征象就是这一影响的显示之一。

泉源:《科学史上的365天》、百度百科 略有删改

作者:魏凤文 武轶

编辑:张润昕

皇冠体育APP

皇冠体育APP(www.huangguan.us)是一个开放皇冠代理APP下载、皇冠会员APP下载、皇冠线路APP下载、皇冠登录APP下载的体育平台。皇冠体育APP上最新登录线路、新2皇冠网址更新最快。皇冠体育APP开放皇冠会员注册、皇冠代理开户等业务。

  • 评论列表:

添加回复:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。