1960年代美国物理学家克服重重困难,完成了有关实验。研究小组先后对水星、金星与火星进行了雷达实验,证明雷达回波确有延迟现象,太阳质量导致的雷达波往返的时间延迟将达到200毫秒左右,结果与广义相对论预言相符。近年研究人员试验月球作为反射靶,实验精度有所改善,所得结果与广义相对论理论值一致。
2003年天文学家利用卡西尼号土星探测器,重复先前的实验,测量精度在0.002%范围内观测与理论一致,这是迄今为止精度最高的广义相对论实验验证。此外,在毫秒脉冲星双星系统的计时观测中,来自星体的脉冲信号到达地球的时间存在延迟,这与广义相对论引力时间延迟的影响一致。
第31章 关于相对论
相对论分为广义相对论和狭义相对论。
关于狭义相对论,在牛顿的世界里,时间和空间是绝对的,不变的和静止的,物理学中称之为绝对时空观。因为这种观点使得牛顿力学运用起来是那么的得心应手,以至于长久以来统治着人类的大脑,让牛顿的地位在科学界,特别是天文学界是那么的不可撼动。
直到200多年后,一位在科学界可以与牛顿比肩而立的科学巨匠的横空出世,才打破了这种观念。可能大家都知道,我要说的这位科学怪人是谁。不错,他就是赫赫有名的阿尔伯特·爱因斯坦!
爱因斯坦的成功来源于他16岁时的一次大开脑洞的幻想。他对自己说,要是我能和光一样快速前进,与它并肩而行,我将会看见什么样的情景?
当时麦克斯韦已经给出了完美的电磁理论,认定光是一种电磁波,于是就产生一个矛盾。爱因斯坦认为,如果按照牛顿理论,我们总可能达到光速,与它一起前进,这是光在我们的眼里应该就是一列列静止的波动,爱因斯坦称之为冻结的波;在别人看来,以光速前进的人也一样和这列被追上的波一起前进。可是,根据麦克斯韦电磁理论,不管我们以多快的速度运动,光都将以同样的速度离开我们。
在现实生活中,这是那难以想象的。就是说,在真空中,光是一个奇怪的东西的,无论你是站着不动,还是以很快的速度追赶他,还是以很快的速度离开它,它相对于你的速度都是30万公里每秒,毫无变化。这就是爱因斯坦所说的光速不变原理。
爱因斯坦认为,要解决光速悖论,唯有承认光速不变原理,而且这是一种特殊的不变!而光速不变原理就是相对论的基础。
为什么以前人们没有发现光这一特殊的性质(实际上是一种假设)?原因就是牛顿绝对时空观束缚了人们的想象力,而爱因斯坦是挣脱这种束缚,最终破茧成蝶的第一人。