广义相对论两大猜想获实验证实
2017年吉林事业单位通用知识：科技之建立广义相对论、科技之广义相对论实验验证
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爱因斯坦于1915年进一步建立起了广义相对论。
狭义相对性原理还仅限于两个相对做匀速运动的坐标系，而在广义相对论性原理中匀速运动这个限制被取消了。
他引入了一个等效原理，认为不可能区分引力效应和非匀速运动，即任何加速和引力是等效的。
他进而分析了光线在靠近一个行星附近穿过时会受到引力而弯折的现象，认为引力的概念本身完全不必要。
可以认为行星的质量使它附近的空间变成弯曲，光线走的是最短程线。
基于这些讨论，爱因斯坦导出了一组方程，它们可以确定由物质的存在而产生的弯曲空间几何。
利用这个方程，爱因斯坦计算了水星近日点的位移量，与实验观测值完全一致，解决了一个长期解释不了的困难问题，这使爱因斯坦激动不已。
他在写给埃伦菲斯特的信中这样写道：“方程给出了近日点的正确数值，你可以想象我有多高兴!有好几天，我高兴得不知怎样才好。
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1915年11月25日，爱因斯坦把题为“万有引力方程”的论文提交给了柏林的普鲁士科学院，完整地论述了广义相对论。
在这篇文章中他不仅解释了天文观测中发现的水星轨道近日点移动之谜，而且还预言：星光经过太阳会发生偏折，偏折角度相当于牛顿理论所预言的数值的两倍——只有在日全食期间观测。
爱因斯坦筹备经费，天文学家弗罗因德利希去克里米亚进行观测，不巧，德国对俄国宣战，弗罗因德利希被怀疑是间谍，扣押至8月底，那是他和他的小组与德国扣押的俄国高级军官做了交换。
1919年5月25日的日全食给人们提供了一次观测机会。
英国人爱丁顿奔赴非洲西海岸的普林西比岛，进行了这一观测。
广义相对论的理解
11、广义相对论的几个疑难问题1、暗物质的本质：现代宇宙学观测表明宇宙中存在暗物质和暗能量。
但是它们的起源仍然是个谜。
我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%，各种测算方法都证实，宇宙的大部分是不可见的。
要说宇宙中仅仅就是暗色尘云和死星体是很容易的，但已发现的有力证据说明，事实并非如此。
正是对宇宙中未知物质的寻找，使宇宙学家和粒子物理学家开始合作，最有可能的暗物质成分是中微子或其它两种粒子：neutralino和axions（轴子），但这仅是物理学的理论推测，并未探测到，据认为，这三种粒子都不带电，因此无法吸收或反射光，但其性质稳定，所以能从创世大爆炸后的最初阶段幸存下来。
天文学家已经证明：宇宙中的天体从比我们银河系小100万倍的星系到最大星系团，都是由一种物质形式所维系在一起的，这种物质既不是构成我们银河系的那种物质，也不发光。
这种物质可能包括一个或更多尚未发现的基本粒子组成，该物质的聚集产生导致宇宙中星系和大尺寸结构形成的万有引力。
同时，这些粒子可能穿过地面实验室。
美国能源部LANL实验室的液体闪烁体中微子探测器、加拿大Sudbury中微子观测站和日本超级神冈加速器实验的最新结果给出有力的证据：中微子以各种形式“振荡”，因此必定会具有质量。
虽然质量很小，但宇宙中大量的中微子加起来可使总的质量达到相当高。
美国费米国家实验室新的加速器实验MiniBooNE和MINOS将研究中微子震荡和中微子质量。
尚未发现的其它粒子有可能存在，例如一种称为超对称的新对称理论预言有一种大的新类型的粒子，其中有些可解释暗物质。
现正在费米实验室TeV能级加速器进行的和计划在CERN正建造的大型强子对撞机（LHC）上开展的实验，以及地下低温暗物质寻找和空间利用伽马射线大面积天体望远镜所进行的实验，目的都是要寻找超对称粒子。
阿尔法磁谱仪（AMS）安装在国际空间站上，寻找反物质星系和带有我们星系多数质量的神秘暗物质的任何证据。
15[1].4_广义相对论简介_学案(新人教版选修3-4)2
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15.4 广义相对论简介学案★知识目标1．了解广义相对性原理和等效原理。
2．了解广义相对论的几个结论。
★教学重点广义相对性原理和等效原理。
★教学难点理解广义相对论的几个结论。
★知识梳理一、超越狭义相对论的思考爱因斯坦思考狭义相对论无法解决的两个问题：1、引力问题，万有引力定律不满足洛伦兹变换，无法纳入狭义相对论的理论框架；2、非惯性系问题，狭义相对论只适用于惯性系。
它们是促成广义相对论的前提。
二、广义相对性原理和等效原理把相对性原理从“任何惯性系平权”推广到“包括非惯性系在内的任意参考系(即包括惯性系和非惯性系)平权”。
三、广义相对论几个结论以及相关实验验证1、光线经过强引力场中发生弯曲2、引力红移3、水星轨道近日点的进动四、关于的宇宙大爆炸理论大爆炸宇宙学：多方分析表明，我们的宇宙是在约200亿年以前从一个尺度很小的状态发展演化而来的。
★随堂检测1. 和问题难以用狭义相对论解决，催促了广义相对论的诞生。
2．广义相对论认为，在任何参考系中，物理规律都是_____________。
3．等效原理的基本内容是一个均匀的_____________场与一个做__________________运动的参考系是等价的。
4．广义相对论告诉我们，____________的存在使得空间不同位置的____________出现差别，物质的____________使光线弯曲。
5．下列属于广义相对论结论的是( )A．尺缩效应B．时间变慢C．光线在引力场中弯曲D．物体运动时的质量比静止时大大6、简答：从广义相对论的两个基本原理出发，可以直接得到一些“意想不到”的结论。
请大家阅读教材，说明得到了哪些结论这些解论的实验验证是什么？7、查阅相关资料了解，宇宙发展演化的过程。
参考答案：1、引力问题，非惯性系问题2、相同的3、引力，匀加速4、引力场，时间进程，引力5、C6、1：第一个结论，物质的引力使光线弯曲。
20世纪初，人们观测到了太阳引力场引起的光线弯曲。
广义相对论的3个预言
广义相对论的3个预言
按照广义相对论爱因斯坦预言三个重要效应，分别是光线在引力场中的偏转、水星轨道近日点的进动、光谱线的红向移动。
在广义相对论的实验验证上，有著名的三大验证。
在水星近日点的进动中，每百年43秒的剩余进动长期无法得到解释，被广义相对论完满地解释清楚了。
光线在引力场中的弯曲，广义相对论计算的结果比牛顿理论正好大了1倍，爱丁顿和戴森的观测队利用1919年5月29日的日全食进行观测的结果，证实了广义相对论是正确的。
再就是引力红移，按照广义相对论，在引力场中的时钟要变慢，因此从恒星表面射到地球上来的光线，其光谱线会发生红移，这也在很高精度上得到了证实。
从此，广义相对论理论的正确性得到了广泛地承认。
广义相对论证明过程
广义相对论证明过程
嘿，朋友们！今天咱来聊聊广义相对论那神奇的证明过程呀！
你说广义相对论像不像一个超级神秘的魔法盒子？爱因斯坦就像是那个最厉害的魔法师，一点点地揭开这个盒子的秘密。
咱先从等效原理说起吧。
就好比你站在地球上感觉有重力，那要是在一个加速上升的电梯里，你也会有类似重力的感觉呀，这不是很奇妙吗？爱因斯坦就发现了这个神奇的现象，然后顺着这个思路一路探索下去。
再说说时空弯曲。
想象一下，时空就像一张巨大的弹性网，质量大的物体就像一个大铁球放在网上，会把网压得凹下去，其他小物体经过这里就会沿着弯曲的路径走。
这是不是很形象？
为了证明这些，爱因斯坦可没少费脑筋。
他得考虑各种各样的情况，做各种复杂的计算。
这就好像走迷宫一样，得一点点摸索，找到正确的路。
他观察星光的偏折，就好像我们在黑暗中寻找那一丝光亮。
当看到星光真的因为太阳的引力而发生偏折时，那感觉就像找到了宝藏一样兴奋！
还有引力红移呢，就像声音在空气中传播会变化一样，光在引力场中也会发生变化。
这多神奇呀！
爱因斯坦就这么一步步地，用他那超级聪明的大脑，构建起了广义相对论的大厦。
这可不是一般人能做到的呀！
这广义相对论可不只是理论上厉害，它对我们理解宇宙有着至关重要的作用。
它让我们知道了黑洞的存在，让我们对宇宙的奥秘有了更深的探索。
想想看，如果没有广义相对论，我们对宇宙的认识得少多少啊！它就像一把钥匙，打开了我们通往宇宙深处的大门。
所以说呀，广义相对论真的是太了不起了！它是人类智慧的结晶，是我们探索宇宙的有力武器。
让我们一起为爱因斯坦的伟大发现鼓掌吧！。
广义相对论的七大预言
导读都说引力波是相对论预言中的最后一块拼图。
那么爱因斯坦还有哪些预言呢？本期我们就来梳理一下这方面的内容。
需要说明的是，广义相对论的核心是解释了时空弯曲，因此所有的预言都与此有关，但为了更说明问题，我们把有些类似的现象拆分成几个。
其中有些是爱因斯坦亲口说的，有些是相对论的推论。
1905年，爱因斯坦横空出世！还是瑞士伯尔尼专利局小职员的他在这一年里连续发表了六篇论文，开启了现代物理学的新篇章，创造了神乎其神的“奇迹年”。
然而这只是个开头。
爱因斯坦并不满足于解决了惯性系的问题，他志存高远，要把相对性原理拓展到更普适的非惯性系中，彻底颠覆人们的“宇宙观”。
1907年，爱因斯坦的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》，第一次抛出了“等效原理”，广义相对论的画卷徐徐展开。
然而，这项工作十分艰巨，直到1915年11月。
爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文，提出了天书一般的引力场方程，至此，困扰多年的问题基本都解决了，广义相对论诞生了。
1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，文中，爱因斯坦正式将此前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将“在一切惯性系中（静止状态和匀速直线运动状态）物理规律同样成立”的原理称为狭义相对性原理，继而阐述了“通吃”的广义相对性原理：物理规律在无论哪种运动方式的参照系都成立（包括静止、匀速直线运动、加速运动、圆周运动等惯性系和非惯性系）。
爱因斯坦的广义相对论认为，只要有非零质量的物质存在，空间和时间就会发生弯曲，形成一个向外无限延伸的“场”，物体包括光就在这弯曲的时空中沿短程线运动，其效果表现为引力。
所以人们把相对论描述的弯曲的时空称为引力场，其实在广义相对论看来，“引力”这个东西是不存在的，它只是一种效果力，与所谓离心力类似。
如果说狭义相对论颠覆了牛顿的绝对时空观，那么广义相对论几乎把万有引力给一脚踹下去了。
倒不是说爱因斯坦否定了牛顿，而是完成了经典物理的一次华丽丽的升级，只是如此彻底以至于经典物理变得面目全非了。
狭义和广义相对论的几个预言
狭义和广义相对论的几个预言狭义和广义相对论的几个预言一、引言相对论是20世纪物理学的一大革新，由爱因斯坦倡导，并发展成熟。
在广义相对论中，爱因斯坦提出了引力原理并推导出了爱因斯坦场方程，解释了引力作用的机制。
而狭义相对论则是特别处理匀速定向参考系之间的物理定律。
狭义相对论和广义相对论都是相对论原理的重要部分，而且它们都提出了一些极具深度和广度的预言，下面我们就按深度和广度要求来详细讨论这些预言。
二、狭义相对论的预言1. 时间膨胀: 根据狭义相对论，物体的运动速度越快，其时间流逝的速度越慢。
这是相对论中的著名预言之一，也经过实验证实。
2. 质能关系: 狭义相对论是在解释光速不变原理的基础上提出的。
它指出了质量与能量之间的关系，即E=mc^2。
这个公式是爱因斯坦最著名的成就之一。
3. 长度收缩: 根据狭义相对论，当一个物体以接近光速的速度运动时，它的长度沿着运动方向会出现收缩，这就是长度收缩效应。
这个预言也经过实验证实。
三、广义相对论的预言1. 引力透镜效应: 广义相对论预言，引力会扭曲周围的时空，从而使得光线产生偏折，就像透镜一样。
这个预言也经过实验证实，是强有力的支持广义相对论的证据之一。
2. 时间膨胀: 广义相对论也提出了时间膨胀的概念，即引力场的影响会使时间变得缓慢。
这一预言也被多次实验证实。
3. 重力波: 广义相对论指出，当有质量的物体加速运动时，会产生重力波，这是一种振荡的时空扭曲。
科学家们在2016年首次成功探测到重力波，为爱因斯坦的预言提供了有力的证据。
四、总结狭义和广义相对论是相对论物理学中的两大支柱，它们提出了许多深度和广度兼具的预言，并且这些预言都经过了实验证实。
这表明了相对论在描述宇宙中的物理现象方面的巨大成功。
我们应该持续关注相对论的发展，以期更深入地了解宇宙的奥秘。
五、个人观点和理解我个人认为，狭义和广义相对论的预言展现了人类对宇宙的深刻思考和探索。
这些预言不仅是理论的成果，更是实验和观测的验证。
‘科学的判定标准是可证伪’，这个论断出自何处？
‘科学的判定标准是可证伪’，这个论断出自何处？ 这是科学哲学家卡尔·波普尔在著作《猜想与反驳》中提出的假设，可以在一定程度上帮助人们将科学与非科学的论断加以区别，但科学并非如此简单的东西，可以用一句话说清楚其性质，而且任何对科学本身的研究如科学哲学这样的学科，对于真正从事科学研究的科学工作者或者科学家而言，都颇有隔鞋搔痒之感。
就像著名物理学家诺奖得主和鼓手费曼所言，“科学哲学对科学的用处，就像鸟类学对鸟类的用处”。
意思是说，鸟儿会飞不是因为看了鸟类学的知识才学会飞的。
物理学家费曼是个典型的美国人，有着特有的美国风格的直率和幽默，他曾经应邀去演讲，什么是科学这样的难题，去看科学哲学家怎么说，不如多看看大科学家们的演讲之类，可能对科学会有更多体悟，如果不是直接看论文的话。
在另一个层面上，费曼也说过类似证伪的话，但其立意差别盛大。
不如让我引一段原文。
我要谈的第三个科学层面，是追根究柢的方法。
这个方法的基础，是认定观测（observation）是“检验某些事物是否为真”的大法官。
当我们明白，观测才是“判断某个想法是否包含真理”的终极大法官时，科学的其他面相或特色就都变得明显易懂了。
不过，科学上的所谓“证明”（prove）在这里的意思其实是检验（test），对大众而言，这整个想法应该翻译为“任何法则都必须接受异常情况的考验”；或者用另一种说法，“『例外』证明了某个法则的错误。
”这就是科学的原理。
到这里为止，费曼说过的话，与可证伪这个概念颇有相似之处，但也仅仅是相似罢了，仔细体会可知，这是证明和检验之间微妙的差异，科学假说或者理论并不是在做逻辑题或者数学题，因为假如例外真的证明了某个法则的错误，那正是让科学家兴奋的事情到来了，因为科学家乐于发现已知的错误或者不足，从而将认识不断的向前推进，这才是科学家真正做事的方式。
任何法则如果出现例外情况，而如果这例外情况经过观测之后证实不虚，那么原先设定的法则就错了。
台大教授李嗣涔报告科学实验证实佛菩萨、神灵的存在第10页
台大教授李嗣涔报告:科学实验证实佛菩萨、神灵的存在（一）(2012-05-04 16:41:58)转载▼分类：慧海拾珍宇宙的起源和进化是物理学研究的最基本的问题之一。
建立在广义相对论和宇宙学原理（即在宇宙大尺度上，物质的分布是高度均匀各向同性的）之上的大爆炸宇宙模型告诉我们大约137亿年前，大爆炸发生的那一刻，宇宙处于一个极致密、极高温的状态，形成了空间和时间，宇宙随之诞生，并经过膨胀、冷却演化至今。
在这个过程中，宇宙经历了原初轻元素合成、光子退耦和中性原子形成、第一代恒星形成等几个重要的时期，星系、地球、空气、水和生命便在这个不断膨胀的时空里逐渐形成。
2003年7月23日，美国匹兹堡大学斯克兰顿（Scranton）博士领导的一个多国科学家小组宣布，他们借助美国“威尔金森微波各向异性探测器”（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，简称WMAP）的观测数据（观测宇宙微波背景辐射的微小变化），发现了暗能量存在的直接证据。
作为“大爆炸”的“余烬”，宇宙微波背景辐射大约在“大爆炸”后38万年产生，其中的光子在宇宙中穿行时会经历一系列物理过程，特别是在经过质量较大的星系时，这些光子将遭遇“引力陷阱”。
探测结果显示，宇宙年龄约为137亿年，宇宙由23％的暗物质，73％的暗能量，4％的我们已知世界的普通物质组成。
宇宙中所占比例最多的东西反而是人类最迟也是最难了解的，至今仅知道它们的存在，但还不清楚它们的性质。
在2003年的《科学美国人》杂志里，有一篇由美国宇宙学家马克斯•铁马克（Max Tegmark）写的关于平行宇宙的专文，文中他将平行宇宙分成四类：第一类：这类的宇宙和我们宇宙的物理常数相同，但是粒子的排列法不同，同时这类的宇宙也可视为存在于已知的宇宙（可观测宇宙）之外的地方；第二类：这类的宇宙的物理定律大致和我们宇宙相同，但是基本物理常数不同；第三类（艾弗雷特（Hugh Everett III）的多世界诠释）：根据量子理论，一件事件发生之后可以产生不同的后果，而所有可能的后果都会形成一个宇宙，而此类宇宙可归属于第一类或第二类的平行宇宙，因为这类宇宙所遵守的基本物理定律依然和我们所认知的宇宙相同（以上“一颗球落入时光隧道，回到了过去撞上了自己因而使得自己无法进入时光隧道”诡论的平行宇宙解决办法属于此种）；第四类：这类的宇宙最基础的物理定律不同于我们宇宙，而基本上到第四类为止，就可以解释所有可能存在（也就是可想像得到的）的宇宙，一般而言这些宇宙的物理定律可以用M理论构造出来。
验证广义相对论的实验
多年 的仔 细搜 索 ， 终没 能找 到 这 颗 假 想 的 始
水 内行 星 ． 内行 星 成 了牛 顿 引 力理 论 多年 水
电 源 进 行 测 量 ，而 且 分 辨 率 有 较 大 提 高 ． １７ ９５年 观 测 到 无 线 电 波 经 由 太 阳 表 面 附 近
时的 偏 转 角是 １７ １ ．６ ”±０ １ ， 广 义 相 对 ．６ 与
位 于椭 圆 的 一 个 焦 点 上 ． 而从 １５ 然 ８ ９年 起 ．
献《 论动 体的 电动 力学》 建立 狭 义相 对论 的 ，
时候 ， 的 理 论 并 不 被 人 们 接 受 ， 到 很 多 他 遭
天 文 学 家就 发 现 ， 星的 运 动 轨 迹 并 不 是 严 行
椭 圆 轨 道 的 长 轴
到 太阳 系 中其他 各 个行 星相 对 而 言 小得 多
的 引 力 ． 且 人 们 是 从 地 球 也 在 自转 和 公 特 而
的 非 理 想 惯 性 系 中观 察 ． 以 有 缓 慢 的 进 所 动 用 牛 顿 引 力 理 论 计 算 ， 虑 到 上 述 影 响 考
后 的 进 动 值 仍 比 实 际 观 测 值 小 ４ ． １． 然 ３ １ 虽
就略 有 转 动 ， 通
常称为行 星近 日 （ 远 日 ） 点 的 或
进 动 ．如 图 １所
个 ２ 多岁 的 专 利 局 办 事 员 ． ０ 爱 因斯 坦 没 有 因 此却 步 ， 继 续 考 虑 将 他 相 对 论 推 广 到 非 惯 性 系 ． １０ 从 ９７年 到 １１ ９６
４１
２ 行 星 轨 道 近 日点 的 进 动
根 据牛 顿 运动 定律 和 平 方反 比 万有 引
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广义相对论两大猜想获实验证实
作者：王小龙
来源：《成才之路》2011年第16期
美国国家航空航天局和有关研究人员，已经证实了爱因斯坦广义相对论中两项重要预测，从而为这项史上延续时间最长的空间项目画上了句号。
研究人员是通过对“引力探测器B（GP-B）”卫星数据的分析得出上述结论的。
引力探测器B使用了4个超高精度的回转仪来测量地
球自身质量以及自转给回转仪所处时空造成的弯曲和扭曲效应。
验证的第一个理论是测地线效应，也称短程线效应。
该理论认为时间和空间会因为地球等大质量物体的存在而弯曲。
通俗地说，如果把时空结构想象为一张平坦的床单，把地球等大质量的物体看做是一个保龄球的话，当“保龄球”被放在“床单”上时，床单就会发生凹陷。
验证的第二个理论是惯性系拖曳效应，该理论认为，大质量物体的旋转会拖动周围时空结构发生扭曲。
这时可以把地球等大质量物体想象为一个橡皮球，把物体周围的时空结构看做是一碗黏稠的蜂蜜，当“橡皮球”在“大碗”中转动时，就会带动碗中的“蜂蜜”跟着“橡皮球”一起运动。
（王小龙）。