請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?這些驗證實驗具體如何做的?

中科院氫博士


確實已經得到驗證,這也是為什麼相對論會成為現代物理學兩大支柱之一,另一支柱是量子力學。

狹義相對論最好的驗證就是我們每天都在用的GPS定位系統,開車的朋友應該最熟悉,它利用的原理就是愛因斯坦狹義相對論中的時間膨脹效應,速度越快時間就相對越慢!

在我們的平時生活中,時間膨脹效應太小了,可以忽略不計,不過如果速度很快,要求又跟精確時,就不能忽略不計了,比如說定位系統!

由於天上的衛星速度很快,時間膨脹效應就相對比較明顯了,特別是經過時間的累積更是如此,所以必須把衛星上的時鐘提前修正好,以保證和地球上的時鐘一致,不然定位系統就會徹底失效陷入紊亂,直接把你導航到溝裡!(除了速度影響時間,還需要考慮引力)

另外還有就是原子彈氫彈是狹義相對論質能方程的直接實際應用!

廣義相對論也有很多驗證例子,比如說水星近日點進動,光線經過大質量天體附近時會發生彎曲,還有引力波的發現,前些日子拍到的黑洞照片也是廣義相對論的預言。廣義相對論也讓蟲洞的存在成為可能,不過目前科學家們還沒有發現蟲洞,或許未來我們能夠發現蟲洞並通過它進行星際旅行!


宇宙探索



任何一個科學理論無論看上去多麼無懈可擊都需要實驗來證明其正確性,獲得諾獎的那些科學成果也都是被驗證之後才得獎的,如果霍金輻射在霍金還活著的時候被證明的話,霍金或許還有機會得諾獎。

現代物理學的兩大支柱分別是相對論和量子力學,連著均已被實驗證明了其正確性,而相對論中又分為狹義相對論與廣義相對論,前者研究物體接近光速時的狀態,後者將引力的產生機制描述了出來並做出了一系列預測。


狹義相對論中的質能方程揭示了質量和能量的關係,後來爆炸的原子彈和氫彈之所以有那麼大威力就是因為核材料的質能轉化率遠超普通的化學材料。時間膨脹效應的證明從最開始安裝在塔基和塔頂的原子鐘演變成了今天繞地球高速飛行的人造衛星。

廣義相對論主要就是將引力加了進去,其中的引力場方程預測了黑洞和引力波以及愛因斯坦透鏡還有質量扭曲時空帶來的光線偏折,相關驗證最早可以追溯到一戰之後英國科學家愛丁頓利用日全食時太陽周圍光線的偏折。預測存在的黑洞和引力波以及愛因斯坦透鏡也在近些年陸續被發現驗證,前不久第一張黑洞照片的問世更是從宇宙尺度上又一次證明了愛因斯坦廣義相對論的正確性。


儘管相對論已經被驗證,但物理學家們知道相對論並非終極理論,在前方還有更先進更迷人的理論等待他們去發現和創立。


宇宙探索未解之迷


談人腦什麼時候鑽研理論物理最合適?

理論物理是公認最難基礎科學研究之一,那人腦什麼時候切入鑽研它最合適呢?50歲左右。為什麼?因為最難的鑽研必須匹配最強的大腦,而縱觀人一生中大腦最強階段在50歲左右。理論物理它是一個物理體系物理整體,就要求人腦對宇宙大自然萬象有足夠了解,全局性,推演,歸納,邏輯分析,總攬總結。就要求人腦足夠成熟和巔峰期。倘若人腦30歲切入鑽研理論物理,大腦成熟度不夠必鑽錯方向而不得。倘若人腦70歲切入鑽研理論物理,大腦隨體衰鑽研度會下降。

那麼既然50歲開始切入鑽研理論物理較合適,那50歲之前該做什麼呢?準備工作:

1,對大腦進行長期的自覺的訓練,養成獨立思考獨立琢磨的思維習慣。

2,讀書對知識面點到為止,不必花過多時間於重複的知識上,取知識內涵邏輯,棄形式上的偽知識。

3,行萬里路,參與社會實踐,多變換地域及工作及行業,經歷多會提升你對世界認識的成熟度自信度邏輯度。

4,有了解世界,宇宙大自然始終如一的興趣。


天山我才


人類隨著進化,手、腳、大腦的工作能力有了顯著的提高,同時一些不常用的身體機能也在退化,但都遵循著一個原理,這個原理就是適應生存需要。現在人的大腦較原始人有了質的改變,但是很多思維框架還遵循著進化和生存的基本需要。人的大腦其實並不是優先服務於邏輯的嚴謹性,而是服務於生存。所以總結經驗,從經驗中提煉出生存法則是大多數人的思維框架。現在科學,理論物理學,化學等許多科目發展至今已經完全抽象化了,所以在生活中很難找到直接的論證辦法,因此很多存有普遍思維模型的一般人就會存在著信與不信這兩種簡單粗暴的理解方式。

而科學的理論階段先要經過證據的論證階段,思想實驗,和試驗驗證階段。愛因斯坦的很多理論在提出的時候是在思想試驗的階段描述的。普遍大眾很難接受或者盲目相信,這很正常。

1919年人們已經發現光在引力場中的軌跡是會偏差的,正如廣義相對論所預測,

但要直到1959年,一系列高精準度實驗才開始進行,從而證實了許多廣義相對論在弱引力場極限中的預測。1974年起,拉塞爾·艾倫·赫爾斯、約瑟夫·胡頓·泰勒等人一直研究脈衝雙星,其所受到的重力比在太陽系之中要大得多。無論是弱引力場極限(太陽系中),或是脈衝星系統中更強的引力場,廣義相對論的預測已有相當好的實驗證據。

EASYGET老張


1905年,愛因斯坦給出了狹義相對論,1915年又給出了廣義相對論。相對論問世100多年來,經歷了無數次的實驗檢驗,預言的一些現象也一一得到了證實。相對論早已成為現代物理學的重要支柱之一,並且現在已經在一些領域得到了應用。現在談論如何證明相對論,就好像是在談論如何證明萬有引力與距離的平方成反比一樣,已經成為比較基本的實驗。像檢驗光速不變原理、檢驗相對性原理、檢驗時間膨脹、相對論力學實驗等等都可以看做是對相對論的檢驗。

現在幾乎所有的粒子物理實驗都要與相對論打交道。加速器將粒子的速度加速到接近光速時相對論效應就會明顯的表現出來,為此科學家們按照相對論的計算調整電場和磁場,設計製造出了同步加速器。大型加速器的出現不僅證實了相對論,也是相對論的應用。

現在無人駕駛等技術的發展迫切需要更精確的衛星導航,現在的衛星導航需要用到相對論進行時間修正。衛星在高空中高速繞地球轉動,按照狹義相對論,高速飛行的衛星上的鐘會變慢;按照廣義相對論,處在高空弱引力場中衛星的鐘會變快。一快一慢並不能抵消,最後需要人為的修正。這也是屬於相對論的檢驗及應用。

上世紀40年代時,科學家就通過對宇宙射線的觀測證實了狹義相對論。μ子靜止時的壽命約為2.2微秒,其速度約為光速的0.998倍。μ子在大氣層外產生後,只能走過大約660米的距離,對宇宙射線的研究卻發現大部分μ子能夠穿過大氣層到達海平面附近。這可以用相對論的鐘慢效應或尺縮效應來解釋。在μ子的角度看起來,大氣層的厚度變薄了;在地面的觀察者看起來,高速運動的μ子的時間變慢了。故μ子能夠到達地面。

愛因斯坦給出廣義相對論時給出過三個實驗檢驗方案,光線通過大質量星球附近時的偏折、引力紅移、行星近日點的進動。這三個實驗是檢驗廣義相對論的比較典型的實驗。

光線的偏折在1919年被愛丁頓證實,當時就引起了轟動,比解釋了水星近日點的進動還要令人振奮,因為水星近日點的進動是早就被發現,而光線的偏折卻是根據理論預言出來的,就像當年根據萬有引力預言了海王星的存在。當時愛丁頓做實驗的時候需要等待日全食的時機,現在可以用射電望遠鏡觀測射電信號在太陽附近的偏折證實廣義相對論。

按照廣義相對論,引力場強的地方時間流逝的慢。根據光速不變原理,大質量天體發出的光在靠近天體附近時週期就會變長,頻率就會變小,光會向紅光方向移動,這就是引力紅移現象。測量宇宙中緻密天體發出的光,並與地球上相應原子的光譜對比,發現紅移量與廣義相對論的預言一致,從而證實了廣義相對論的正確。


刁博


在日本的廣島和長崎已經驗證了,小愛的相對論理論一點沒錯,不信的話你親自去試試?


2016漢堡包


如果沒有嚴格的實驗論證,愛因斯坦和一個神棍有什麼區別?小愛的狹義相對論以及廣義相對論,那可是經受過無數考驗的存在。

狹義相對論的實證——世界的傷痛

1905年,物理歷史的第二個奇蹟年。愛因斯坦當年提交了5篇論文,其中三篇都達到諾獎級別。而狹義相對論以及大家耳熟能詳的E=mc2,當然也包括其中。

E=mc2用最簡單的話來說,這個等式的意思是:質量和能量是等價的。它們是同一東西的兩種形式:能量是獲釋的質量;質量是等待獲釋的能量。這個等式意味著,每個物體裡都包含著極其大量──超出你想象的能量。

如果你是個普通成年人,你的身體裡面就包含著不少於7×10的18次方焦耳的潛能──爆炸的威力足足抵得上30顆氫彈——只要是你知道怎麼釋放它,而且願意這麼做就可以了。

當時,的確沒太多人相信;但是現在,你去問問日本人吧,作為唯一親身經歷愛因斯坦理論給予恐懼的種族,他們都是可靠的證人。

廣義相對論的實證——宇宙的本質探索

愛因斯坦從一開頭就清楚地認識到,狹義相對論裡缺少一樣東西——引力。狹義相對論之所以“狹義”,是因為它研究的完全是在無障礙的狀態下運動的東西。在此後10年的大部分時間裡,他一直在思索這個問題。直到1917年初發表了題為《關於廣義相對論的宇宙學思考》的論文。

斯諾是這樣回憶這段歷史的:“要是愛因斯坦沒有想到(狹義相對論),別人也會想到,很可能在5年之內。這是一件在等著要發生的事。但是,那個廣義相對論完全是另一回事。沒有它,我們今天有可能還在等待那個理論。”

宇宙的本質其實就是引力的本質,人類要進入星辰大海,就必須拿下引力。愛因斯坦給大家指明瞭引力的方向,我們順著指引,就可以放心的往前走了。至於愛因斯坦對於引力的最著名的預言,就是引力波啦。

美國作為人類之光,耗時16年,總共花費5.6億美元,終於交出了一份完美的答案——實際測量到引力波的存在:

這真是一段超越億萬光年,人類才看到的宇宙終極琴絃擾動啊。

相對論的未來展望

人類的壽命極其有限,宇宙的廣闊又極其超乎想象。進入宇宙,必須突破時空維度的限制,愛因斯坦還有一個預言,是人類遨遊宇宙的關鍵——愛因斯坦-羅森橋——蟲洞。

同學們,為了星辰大海,起航吧,我看好你們!

結語

這下子題主滿足了吧。


貓先生內涵科普


如果對相對論研究的越深入,就會對這個理論越沒有信心。

狹義相對論的邏輯基礎是:1.以光速不變取代牛頓的絕對時空觀,也就是否定慣性定律。2.承認相對性原理普遍成立,這一點彭加勒比愛因斯坦提出的要早;彭加勒認為相對性原理普遍成立,是認為伽利略變換普遍成立,從來沒有認為洛倫茲變換也符合相對性原理;因此彭加勒拒絕承認與狹義相對論有任何關係。

狹義相對論的邏輯基礎就是自相矛盾的:以否定絕對時空來否定慣性定律,又以相對性原理肯定慣性定律;相對性原理就是慣性定律的普遍形式。

這個自相矛盾的理論,主要建立在所謂的思想實驗上,也就是主觀認定上,並以數學演繹來強化其主觀認定,閔可夫斯基幾何與黎曼幾何就是主觀認定的數學工具。

質能方程的推導依據是經典力學的功能原理,按照群論,如果一個群中逆變換不存在,那麼這個群的運算結果就不成立。至今,也沒有哪位大師能從質能方程逆推出功能原理來。如果質能方程的逆變換不存在,那就說明質能方程不成立,物質的能量不可能是質量與光速平方的乘積,質量和能量也不是一回事。

狹義相對論之所以在二十世紀初產生並走紅實在是不得已而為之。麥克斯韋電磁場理論中的電磁波的傳播速度為一恆量,不滿足伽利略變換,因此電磁理論的普遍適用性無法得到證明。這個矛盾的本質其實就是場與加速度的關係問題,由於認定場是電磁傳播的媒介而不是加速度,所以電動力學與牛頓力學沒有共同基礎。從某種程度上來說,狹義相對論就是為了使以場為基礎的電動力學有一個普遍適用的時空,這關係到場論的生死存亡。在無法找到更合適的理論之前,狹義相對論就是唯一能滿足場論的時空理論。

在技術方面,很少會用到相對論的理論,不僅是因為繁瑣複雜的計算方法,還因為最精密的儀器也觀測不出所謂時空收縮;況且,狹義相對論本身並沒有新的物理內容,只是嘗試著將經典物理學統一在一個時空中。

現實中,科幻作家或許比物理學家對相對論更有興趣。按照牛頓的天體力學,航天技術引領了二十世紀的科學技術,如果按照相對論別說發射人造衛星,只怕連超高音速飛機都造不出來。計算機理論、數理邏輯、控制論,等等,更是徹底拋棄了愛因斯坦的幾何決定論才成為二十世紀的技術基礎。


經濟相對論580


據說這些理論到達奇點(如果真有的話)的時候都失效了,那裡只有神。


水道山行


前者原子彈,後者引力波


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