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引力波是狹義相對論的預言

考試專題    來源: 引力波      2024-07-13         

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引力波是狹義相對論的預言
關于萬有引力的本質是什么,牛頓認為是一種即時超距作用,不需要傳遞的"信使"。相對論中,愛因斯坦則認為是一種跟電磁波一樣的波動,稱為引力波。引力波是時空曲率的擾動以行進波的形式向外傳遞。引力輻射是另外一種稱呼,指的是這些波從星體或星系中輻射出來的現象。電荷被加速時會發出電磁輻射,同樣有質量的物體被加速時就會發出引力輻射,這是廣義相對論的一項重要預言。
流體力學中,重力波(gravity wave)是指液體介質內或兩種介質面間的一種波。當液體表面或內部液團由于密度差異離開原來位置,在重力(gravity force)和浮力(buoyancy force)的綜合作用下,液團會處于上下振動以達到平衡的狀態。即產生波動。
美國科研人員2016年2月11日宣布,他們利用激光干涉引力波天文臺(LIGO)于去年9月首次探測到引力波。這一發現印證了物理學大師愛因斯坦100年前的預言。
狹義相對論的主要成就;相對論作為愛因斯坦終生事業的標志是他的相對論;提起狹義相對論,很多人馬上就想到鐘表慢走和尺子縮;狹義相對論最重要的結論是使質量守恒失去了獨立性;愛因斯坦于1922年12月有4日,在日本京都大學;愛因斯坦說:他最初考慮這個問題時,正是學生時代,;愛因斯坦有機會讀了洛倫茲在1895年發表的論文,;中速度相加原理相違背;狹義相對論建立后,愛因
狹義相對論的主要成就
 
相對論 作為愛因斯坦終生事業的標志是他的相對論 。1905年,在他26歲時,法文科學雜志《物理年鑒》刊登了他的一篇論文,《論動體的電動力學》的論文中,完整地提出了狹義相對論,在很大程度上解決了19世紀末出現的經典物理學的危機,推動了整個物理學理論的革命。
 
提起狹義相對論,很多人馬上就想到鐘表慢走和尺子縮短現象。許多科學幻想作品用它作題材,描寫一個人坐火箭遨游太空回來以后,發現自己還很年輕,而孫子已經變成了老頭。其實,鐘表慢走和尺子縮短只是狹義相對論的幾個結論之一,它是指物體高速運動的時候,運動物體上的時鐘變慢了,尺子變短了。鐘表慢走和尺子縮短現象就是時間和空間隨物質運動而變化的結果。狹義相對論還有一個質量隨運動速度而增加的結論。實驗中發現,高速運動的電子的質量比靜止的電子的質量大。
 
狹義相對論最重要的結論是使質量守恒失去了獨立性。它和能量守恒原理融合在一起,質量和能量可以互相轉化。如果物質質量是M,光速是C,它所含有的能量是E,那么E=MC^2。這個公式只說明質量是M的物體所蘊藏的全部能量,并不等于都可以釋放出來,在核反應中消失的質量就按這個公式轉化成能量釋放出來。按這個公式,1克質量相當于9X10^3焦耳的能量。這個質能轉化和守恒原理就是利用原子能的理論基礎。
 
愛因斯坦于1922年12月有4日,在日本京都大學作的題為《我是怎樣創立相對論的?》的演講中,說明了他關于相對論想法的產生和發展過程。他說:“關于我是怎樣建立相對論概念這個問題,不太好講。我的思想曾受到那么多神秘而復雜的事物的啟發,每種思想的影響,在生活幸福論概念的發展過程中的不同階段都不一樣……我第一次產生發展相對論的念頭是在17年前,我說不準這個想法來自何處,但是我肯定,它包含在運動物體光學性質問題中,光通過以大海洋傳播,地球在以太中運動,換句話說,即以太陽對地球運動。我試圖在物理文獻中尋找以太流動的明顯的實驗證據,藍天是沒有成功。隨后,我想親自證明以太相對地球的運動,或者說證明地球的運動。當我首次想到這個問題的時候,我不懷疑以太的存在或者地球通過以太的運動。”于是,他設想了一個使用兩個熱電偶進行的實驗:設置一些反光鏡,以使從單個光源發出的光在兩個不同的方向被反射,一束光平行于地球的運動方向且同向,另一束光逆向而行。如果想象在兩個反射光束間的能量差的話,就能用兩個熱電偶測出產生的熱量差。雖然這個實驗的想法與邁克爾遜實驗非常相似,但是他沒有得出結果。
 
愛因斯坦說:他最初考慮這個問題時,正是學生時代,當時他已經知道了邁克爾遜實驗的奇妙結果,他很快就得出結論:如果相信邁克爾遜的零結果,那么關于地球相對以太運動的想法就是錯誤的。他說道:“這是引導我走向狹義相對論的第一條途徑。自那以后,我開始相信,雖然地球圍繞太陽轉動,但是,地球運動不可能通過任何光學實驗探測太陽轉動,但是,地球的運動不可能通過任何光學實驗探測出來。”
 
愛因斯坦有機會讀了洛倫茲在1895年發表的論文,他討論并完滿解決了u/c的高次項(u為運動物體的速度,c為光速)。然后愛因斯坦試圖假定洛倫茲電子方程在真空參照系中有效,也應該在運動物體的參照系中有效,去講座菲索實驗。在那時,愛因斯坦堅信,麥克斯韋-洛倫茲的電動力學方程是正確的。進而這些議程在運動物體參照系中有效的假設導致了光速不變的概念。然而這與經典力學
 
中速度相加原理相違背。
 
狹義相對論建立后,愛因斯坦力圖把相對性原理的適用范圍擴大到非慣性系。他從伽利略發現的引力場中一切物體都具有同一加速度(即慣性質量同引力質量相等)的實驗事實,于1907年提出了等效原理:“引力場同參照系的相當的加速度在物理上完全等價。”并且由此推論:在引力場中 ,時鐘要走快,光波波長要變化,光線要彎曲。
 
同時,他推斷由遙遠的恒星所發的光,在經過太陽附近會彎曲 ( 見光線引力偏折 ) 。這一預言于1919 年由A.S.愛丁通過日蝕的觀測而得到證實 。1916 年 ,他預言引力波的存在。后人通過對1974年發現的射電脈沖雙星PSR1913+16的周期性變化進行了四年的連續觀測 ,1979年宣布間接證實了引力波的存在,對廣義相對論又是一個有力的證明。
 
愛因斯坦的理論否定了以太概念,肯定了電磁場是一種獨立的、物質存在的特殊形式,并對空間、時間的概念進行了深刻的分析,從而建立了新的時空關系。他1905年的論文被世界公認為第一篇關于相對論的論文,他則是第一位真正的相對論物理學家。
 
任何的事情和物體都是相對的 , 而不是絕對的

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