萬有引力會失效,水星軌道出現偏差,卻使相對論大放光彩

物理 水星 相對論 天文 星空天聞 星空天聞 2017-10-08

我們在中學就學過牛頓的萬有引力定律,並用其計算證明過在我們太陽系行星都是正確的,但是你想過沒有它有時候也會失效。在計算水星軌道時,水星近日點老是變動,這使我們算出答案就不是很準確,計算出水星軌道和我們所觀測的有很大的差入,這讓天文學家懷疑起牛頓是不是錯了。

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愛因斯坦之前提出的相對論正被人噴得體無完膚(略微誇張的說法,愛因斯坦當時已經取得不小的成就了),正鬱悶中沒有例子可以證明自己的與眾不同。當時相信他的心情估計和馬雲被肯德基趕出來差不多,都是覺得沒人可以瞭解自己的想法。

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當想到水星軌道這個問題後,愛因斯坦立馬意識到可能就是引力在作怪,他在1915年幫助天文學家找出了答案,他在報告中是這樣說的:“這些天來,我一直沉浸在興奮和喜悅中無法自拔”。他發現在他所提出的廣義相對論下,由於靠近引力極強的太陽,水星的運行軌道每一百年就會改變43弧秒(1度的43/3600)。

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別看這個距離很小,但是要是按照幾億年了就是很可怕的距離,這差異早在十九世紀就讓天文學家很是急躁不安。為了解決差異,法國科學家勒威耶認為肯定是有行星在旁邊,只不過我們還沒有發現的,並傲嬌的稱這顆行星為“火神星”,但是後面的人從來也沒有發現過。那麼廣義相對論到底是什麼?

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它是在1907年到1915年被愛因斯坦提出,主要還是用來完善引力的狹義相對論。廣義相對論認為,由物體質量產生的重力會使時空“框架”發生彎曲。狹義相對論已經說明我們的時間和空間是在一起的,確實是很抽象的概念。這種彎曲決定了物體周圍的質子與光線的路徑,這種現象叫作引力透鏡。

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在1919年被英國天文學家愛丁頓和科廷漢觀察日食時首次看見,他吃驚發現來自太陽背後星體的光在太陽的引力下發生彎曲。同樣這種道理現象還有愛因斯坦環和愛因斯坦十字,在較遠的類星體和其近鄰星系及地球位於一條直線時,類星體的光彎曲成環,或是四重影像或是不規則的弧線或環。

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這樣下來是不是牛頓萬有引力定律就是不對呢?其實不是的,愛因斯坦的廣義相對論是對伽利略和牛頓理論細微調整修正,並不是要徹底拋棄它們。萬有引力定律目前仍然在航天實際使用上佔有無可撼動的地位,而廣義相對論在解釋黑洞、計算脈衝雙星的運行軌道發揮很大作用,到現在還在暗能量和引力波方面發揮它的作用。

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