请问,爱因斯坦狭义和广义相对论是否得到实验的严格验证?这些验证实验具体如何做的?

中科院氢博士


确实已经得到验证,这也是为什么相对论会成为现代物理学两大支柱之一,另一支柱是量子力学。

狭义相对论最好的验证就是我们每天都在用的GPS定位系统,开车的朋友应该最熟悉,它利用的原理就是爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应,速度越快时间就相对越慢!

在我们的平时生活中,时间膨胀效应太小了,可以忽略不计,不过如果速度很快,要求又跟精确时,就不能忽略不计了,比如说定位系统!

由于天上的卫星速度很快,时间膨胀效应就相对比较明显了,特别是经过时间的累积更是如此,所以必须把卫星上的时钟提前修正好,以保证和地球上的时钟一致,不然定位系统就会彻底失效陷入紊乱,直接把你导航到沟里!(除了速度影响时间,还需要考虑引力)

另外还有就是原子弹氢弹是狭义相对论质能方程的直接实际应用!

广义相对论也有很多验证例子,比如说水星近日点进动,光线经过大质量天体附近时会发生弯曲,还有引力波的发现,前些日子拍到的黑洞照片也是广义相对论的预言。广义相对论也让虫洞的存在成为可能,不过目前科学家们还没有发现虫洞,或许未来我们能够发现虫洞并通过它进行星际旅行!


宇宙探索



任何一个科学理论无论看上去多么无懈可击都需要实验来证明其正确性,获得诺奖的那些科学成果也都是被验证之后才得奖的,如果霍金辐射在霍金还活着的时候被证明的话,霍金或许还有机会得诺奖。

现代物理学的两大支柱分别是相对论和量子力学,连着均已被实验证明了其正确性,而相对论中又分为狭义相对论与广义相对论,前者研究物体接近光速时的状态,后者将引力的产生机制描述了出来并做出了一系列预测。


狭义相对论中的质能方程揭示了质量和能量的关系,后来爆炸的原子弹和氢弹之所以有那么大威力就是因为核材料的质能转化率远超普通的化学材料。时间膨胀效应的证明从最开始安装在塔基和塔顶的原子钟演变成了今天绕地球高速飞行的人造卫星。

广义相对论主要就是将引力加了进去,其中的引力场方程预测了黑洞和引力波以及爱因斯坦透镜还有质量扭曲时空带来的光线偏折,相关验证最早可以追溯到一战之后英国科学家爱丁顿利用日全食时太阳周围光线的偏折。预测存在的黑洞和引力波以及爱因斯坦透镜也在近些年陆续被发现验证,前不久第一张黑洞照片的问世更是从宇宙尺度上又一次证明了爱因斯坦广义相对论的正确性。


尽管相对论已经被验证,但物理学家们知道相对论并非终极理论,在前方还有更先进更迷人的理论等待他们去发现和创立。


宇宙探索未解之迷


谈人脑什么时候钻研理论物理最合适?

理论物理是公认最难基础科学研究之一,那人脑什么时候切入钻研它最合适呢?50岁左右。为什么?因为最难的钻研必须匹配最强的大脑,而纵观人一生中大脑最强阶段在50岁左右。理论物理它是一个物理体系物理整体,就要求人脑对宇宙大自然万象有足够了解,全局性,推演,归纳,逻辑分析,总揽总结。就要求人脑足够成熟和巅峰期。倘若人脑30岁切入钻研理论物理,大脑成熟度不够必钻错方向而不得。倘若人脑70岁切入钻研理论物理,大脑随体衰钻研度会下降。

那么既然50岁开始切入钻研理论物理较合适,那50岁之前该做什么呢?准备工作:

1,对大脑进行长期的自觉的训练,养成独立思考独立琢磨的思维习惯。

2,读书对知识面点到为止,不必花过多时间于重复的知识上,取知识内涵逻辑,弃形式上的伪知识。

3,行万里路,参与社会实践,多变换地域及工作及行业,经历多会提升你对世界认识的成熟度自信度逻辑度。

4,有了解世界,宇宙大自然始终如一的兴趣。


天山我才


人类随着进化,手、脚、大脑的工作能力有了显著的提高,同时一些不常用的身体机能也在退化,但都遵循着一个原理,这个原理就是适应生存需要。现在人的大脑较原始人有了质的改变,但是很多思维框架还遵循着进化和生存的基本需要。人的大脑其实并不是优先服务于逻辑的严谨性,而是服务于生存。所以总结经验,从经验中提炼出生存法则是大多数人的思维框架。现在科学,理论物理学,化学等许多科目发展至今已经完全抽象化了,所以在生活中很难找到直接的论证办法,因此很多存有普遍思维模型的一般人就会存在着信与不信这两种简单粗暴的理解方式。

而科学的理论阶段先要经过证据的论证阶段,思想实验,和试验验证阶段。爱因斯坦的很多理论在提出的时候是在思想试验的阶段描述的。普遍大众很难接受或者盲目相信,这很正常。

1919年人们已经发现光在引力场中的轨迹是会偏差的,正如广义相对论所预测,

但要直到1959年,一系列高精准度实验才开始进行,从而证实了许多广义相对论在弱引力场极限中的预测。1974年起,拉塞尔·艾伦·赫尔斯、约瑟夫·胡顿·泰勒等人一直研究脉冲双星,其所受到的重力比在太阳系之中要大得多。无论是弱引力场极限(太阳系中),或是脉冲星系统中更强的引力场,广义相对论的预测已有相当好的实验证据。

EASYGET老张


1905年,爱因斯坦给出了狭义相对论,1915年又给出了广义相对论。相对论问世100多年来,经历了无数次的实验检验,预言的一些现象也一一得到了证实。相对论早已成为现代物理学的重要支柱之一,并且现在已经在一些领域得到了应用。现在谈论如何证明相对论,就好像是在谈论如何证明万有引力与距离的平方成反比一样,已经成为比较基本的实验。像检验光速不变原理、检验相对性原理、检验时间膨胀、相对论力学实验等等都可以看做是对相对论的检验。

现在几乎所有的粒子物理实验都要与相对论打交道。加速器将粒子的速度加速到接近光速时相对论效应就会明显的表现出来,为此科学家们按照相对论的计算调整电场和磁场,设计制造出了同步加速器。大型加速器的出现不仅证实了相对论,也是相对论的应用。

现在无人驾驶等技术的发展迫切需要更精确的卫星导航,现在的卫星导航需要用到相对论进行时间修正。卫星在高空中高速绕地球转动,按照狭义相对论,高速飞行的卫星上的钟会变慢;按照广义相对论,处在高空弱引力场中卫星的钟会变快。一快一慢并不能抵消,最后需要人为的修正。这也是属于相对论的检验及应用。

上世纪40年代时,科学家就通过对宇宙射线的观测证实了狭义相对论。μ子静止时的寿命约为2.2微秒,其速度约为光速的0.998倍。μ子在大气层外产生后,只能走过大约660米的距离,对宇宙射线的研究却发现大部分μ子能够穿过大气层到达海平面附近。这可以用相对论的钟慢效应或尺缩效应来解释。在μ子的角度看起来,大气层的厚度变薄了;在地面的观察者看起来,高速运动的μ子的时间变慢了。故μ子能够到达地面。

爱因斯坦给出广义相对论时给出过三个实验检验方案,光线通过大质量星球附近时的偏折、引力红移、行星近日点的进动。这三个实验是检验广义相对论的比较典型的实验。

光线的偏折在1919年被爱丁顿证实,当时就引起了轰动,比解释了水星近日点的进动还要令人振奋,因为水星近日点的进动是早就被发现,而光线的偏折却是根据理论预言出来的,就像当年根据万有引力预言了海王星的存在。当时爱丁顿做实验的时候需要等待日全食的时机,现在可以用射电望远镜观测射电信号在太阳附近的偏折证实广义相对论。

按照广义相对论,引力场强的地方时间流逝的慢。根据光速不变原理,大质量天体发出的光在靠近天体附近时周期就会变长,频率就会变小,光会向红光方向移动,这就是引力红移现象。测量宇宙中致密天体发出的光,并与地球上相应原子的光谱对比,发现红移量与广义相对论的预言一致,从而证实了广义相对论的正确。


刁博


在日本的广岛和长崎已经验证了,小爱的相对论理论一点没错,不信的话你亲自去试试?


2016汉堡包


如果没有严格的实验论证,爱因斯坦和一个神棍有什么区别?小爱的狭义相对论以及广义相对论,那可是经受过无数考验的存在。

狭义相对论的实证——世界的伤痛

1905年,物理历史的第二个奇迹年。爱因斯坦当年提交了5篇论文,其中三篇都达到诺奖级别。而狭义相对论以及大家耳熟能详的E=mc2,当然也包括其中。

E=mc2用最简单的话来说,这个等式的意思是:质量和能量是等价的。它们是同一东西的两种形式:能量是获释的质量;质量是等待获释的能量。这个等式意味着,每个物体里都包含着极其大量──超出你想象的能量。

如果你是个普通成年人,你的身体里面就包含着不少于7×10的18次方焦耳的潜能──爆炸的威力足足抵得上30颗氢弹——只要是你知道怎么释放它,而且愿意这么做就可以了。

当时,的确没太多人相信;但是现在,你去问问日本人吧,作为唯一亲身经历爱因斯坦理论给予恐惧的种族,他们都是可靠的证人。

广义相对论的实证——宇宙的本质探索

爱因斯坦从一开头就清楚地认识到,狭义相对论里缺少一样东西——引力。狭义相对论之所以“狭义”,是因为它研究的完全是在无障碍的状态下运动的东西。在此后10年的大部分时间里,他一直在思索这个问题。直到1917年初发表了题为《关于广义相对论的宇宙学思考》的论文。

斯诺是这样回忆这段历史的:“要是爱因斯坦没有想到(狭义相对论),别人也会想到,很可能在5年之内。这是一件在等着要发生的事。但是,那个广义相对论完全是另一回事。没有它,我们今天有可能还在等待那个理论。”

宇宙的本质其实就是引力的本质,人类要进入星辰大海,就必须拿下引力。爱因斯坦给大家指明了引力的方向,我们顺着指引,就可以放心的往前走了。至于爱因斯坦对于引力的最著名的预言,就是引力波啦。

美国作为人类之光,耗时16年,总共花费5.6亿美元,终于交出了一份完美的答案——实际测量到引力波的存在:

这真是一段超越亿万光年,人类才看到的宇宙终极琴弦扰动啊。

相对论的未来展望

人类的寿命极其有限,宇宙的广阔又极其超乎想象。进入宇宙,必须突破时空维度的限制,爱因斯坦还有一个预言,是人类遨游宇宙的关键——爱因斯坦-罗森桥——虫洞。

同学们,为了星辰大海,起航吧,我看好你们!

结语

这下子题主满足了吧。


猫先生内涵科普


如果对相对论研究的越深入,就会对这个理论越没有信心。

狭义相对论的逻辑基础是:1.以光速不变取代牛顿的绝对时空观,也就是否定惯性定律。2.承认相对性原理普遍成立,这一点彭加勒比爱因斯坦提出的要早;彭加勒认为相对性原理普遍成立,是认为伽利略变换普遍成立,从来没有认为洛伦兹变换也符合相对性原理;因此彭加勒拒绝承认与狭义相对论有任何关系。

狭义相对论的逻辑基础就是自相矛盾的:以否定绝对时空来否定惯性定律,又以相对性原理肯定惯性定律;相对性原理就是惯性定律的普遍形式。

这个自相矛盾的理论,主要建立在所谓的思想实验上,也就是主观认定上,并以数学演绎来强化其主观认定,闵可夫斯基几何与黎曼几何就是主观认定的数学工具。

质能方程的推导依据是经典力学的功能原理,按照群论,如果一个群中逆变换不存在,那么这个群的运算结果就不成立。至今,也没有哪位大师能从质能方程逆推出功能原理来。如果质能方程的逆变换不存在,那就说明质能方程不成立,物质的能量不可能是质量与光速平方的乘积,质量和能量也不是一回事。

狭义相对论之所以在二十世纪初产生并走红实在是不得已而为之。麦克斯韦电磁场理论中的电磁波的传播速度为一恒量,不满足伽利略变换,因此电磁理论的普遍适用性无法得到证明。这个矛盾的本质其实就是场与加速度的关系问题,由于认定场是电磁传播的媒介而不是加速度,所以电动力学与牛顿力学没有共同基础。从某种程度上来说,狭义相对论就是为了使以场为基础的电动力学有一个普遍适用的时空,这关系到场论的生死存亡。在无法找到更合适的理论之前,狭义相对论就是唯一能满足场论的时空理论。

在技术方面,很少会用到相对论的理论,不仅是因为繁琐复杂的计算方法,还因为最精密的仪器也观测不出所谓时空收缩;况且,狭义相对论本身并没有新的物理内容,只是尝试着将经典物理学统一在一个时空中。

现实中,科幻作家或许比物理学家对相对论更有兴趣。按照牛顿的天体力学,航天技术引领了二十世纪的科学技术,如果按照相对论别说发射人造卫星,只怕连超高音速飞机都造不出来。计算机理论、数理逻辑、控制论,等等,更是彻底抛弃了爱因斯坦的几何决定论才成为二十世纪的技术基础。


经济相对论580


据说这些理论到达奇点(如果真有的话)的时候都失效了,那里只有神。


水道山行


前者原子弹,后者引力波


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