廣義相對(duì)論效應(yīng)

3強(qiáng)等效原理

與時(shí)空彎曲

9歲的愛(ài)德華:

“爸爸，你為什么這樣出名？”

愛(ài)因斯坦：

“你看見(jiàn)沒(méi)有，當(dāng)瞎眼的甲蟲(chóng)沿著球面爬行的時(shí)候，它沒(méi)發(fā)現(xiàn)它爬過(guò)的路徑是彎的，而我有幸地發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。”

廣義相對(duì)論

的基本原理

所有參考系都是平權(quán)的，物理定律必須具有適用于任何參考系的性質(zhì)。強(qiáng)等效原理：

在每一事件(時(shí)空點(diǎn))及其鄰域里存在一個(gè)局域慣性系,即與在引力場(chǎng)中自由降落的質(zhì)點(diǎn)共動(dòng)的參考系，在此局域慣性系一切物理定律具有狹義相對(duì)論的形式。注意到弱等效原理慣性質(zhì)量=引力質(zhì)量局域慣性系的慣性力是引力的一種形式即慣性力等效于引力愛(ài)因斯坦電梯“引力場(chǎng)等效加速度”？

如果

說(shuō)“引力場(chǎng)等效加速度”，此結(jié)論未免過(guò)于粗糙。事實(shí)上，引力場(chǎng)并非簡(jiǎn)單地等效加速度，應(yīng)該是“引力場(chǎng)中任一點(diǎn)及其鄰域，等效于同處存在一個(gè)局部自由降落的參考系—局部慣性系，在其中狹義相對(duì)論定律完全適用?！币粋€(gè)定性例子有P、P’兩位觀測(cè)者，P在遠(yuǎn)離球?qū)ΨQ引力源無(wú)窮遠(yuǎn)的K系處；P’在愛(ài)因斯坦自由降落的K’系中，即P’所受的引力和慣性力抵消，處于失重狀態(tài)。P所在的為全局慣性系，P’所在的即為局部慣性系。K系(缸局域連慣性嗚系)漏:設(shè)有泊一宇世宙飛雕船在掏星球膏引力還場(chǎng)中鬧自由瓶降落向,它坡從很中遠(yuǎn)的默地方O’(在那障里星解球引印力幾鏟乎不份存在蝕)開(kāi)造始自還由降泊落,江經(jīng)榮一定搏時(shí)間炊它到振達(dá)距慌球心騾為r的地蹲方P’.在此拋局域甩慣性值系一冒切物捏理定背律具描有狹忠義相都對(duì)論鄰的形提式。K’系(受非慣退性系白)兩種芹等效賀的觀疑點(diǎn)：(1毛)星球脹參考籠系是藏相對(duì)怎慣性就系K向上倦作加析速運(yùn)茂動(dòng)的林非慣蛛性系K’,所謂燥“引或力”菌不過(guò)薄是其田中慣鳳性力朋的表涉現(xiàn)。(2撐)星球權(quán)參考擋系是吉個(gè)有童引力堡場(chǎng)的暗靜止匆參考董系,刷這也魯是非雙慣性泊系。采用火觀點(diǎn)(1初)當(dāng)飛孤船離赴星體脾很遠(yuǎn)夠時(shí)，葛它對(duì)駐慣性益系K靜止邊，其豈固有綿時(shí)空題間隔鵝為dt’、dr’.到達(dá)插星體愚附近割時(shí)已琴具有趴速度其時(shí)磚空間揪隔變貓為dt、dr切換心到觀博點(diǎn)(2槐)即K’是個(gè)榴有引岔力場(chǎng)項(xiàng)的靜偷止系猴。按苦等效叉原理民,dt、dr應(yīng)理竊解為援無(wú)窮獲遠(yuǎn)無(wú)候引力雀場(chǎng)處犬觀察販者測(cè)斑得引吃力場(chǎng)崇中的擦?xí)r空牲間隔欠，而dt’、dr’是引頌力場(chǎng)溫中觀吼察者孟測(cè)得舍夲處響的固殿有時(shí)乒空間紀(jì)隔。上式吃意味匹著：在引共力場(chǎng)額中發(fā)彎生的李物理警過(guò)程全，在手遠(yuǎn)處書(shū)觀察因，其鴿時(shí)間傳節(jié)奏嶺比遠(yuǎn)嬸處觀樸察者追當(dāng)?shù)刈说墓瘫Ｓ袝r(shí)談慢，頑其空嘉間距哈離比幸遠(yuǎn)處溫觀察猾者當(dāng)置地的湊固有悅長(zhǎng)度差短。臉這就渡是引聾力產(chǎn)使生的翻時(shí)空鮮效應(yīng)粱。引力馬的時(shí)迫空效劇應(yīng)引力批場(chǎng)中喇的能企量守跨恆關(guān)齒系設(shè)離枝引力稠場(chǎng)無(wú)溫窮遠(yuǎn)賀處引壓力勢(shì)呆能為流零引力嫁的時(shí)仰空效滋應(yīng)示徑意圖星體部附近徐的局路域慣誰(shuí)性系K’相對(duì)訂于慣刷性系K的速艙度為按狹明義相娃對(duì)論裳的洛無(wú)侖茲茶變換屢：上式網(wǎng)中dt、dr應(yīng)理賣解為條無(wú)窮巡壽遠(yuǎn)無(wú)催引力粘場(chǎng)處（慣性炮系K）觀察榴者測(cè)蕉得引杰力場(chǎng)（局域薯慣性堆系K’）中的殘時(shí)空梯間隔摩。dt’、dr’是引把力場(chǎng)（局域娃慣性凱系K’）中的拘固有嶼時(shí)空的間隔抵。引力易的時(shí)茂空效漲應(yīng)可以校得出報(bào)以下賓結(jié)論在引兆力場(chǎng)躬（局域智慣性質(zhì)系K’）中發(fā)催生的轟物理泄過(guò)程道，在琴遠(yuǎn)處脊（慣性桃系K）觀察莫，其刊時(shí)間荷節(jié)奏獵比當(dāng)俗地固猛有時(shí)陳慢，淺其空襖間距溜離比度當(dāng)?shù)爻墓坦虚L(zhǎng)陜度短譜。廣義蘿相對(duì)蠅論的顛時(shí)空陜描述廣義津相對(duì)熔論下繡的時(shí)劃空描巖述，柱對(duì)初輔學(xué)者趴說(shuō)時(shí)駁空是婚彎曲速的，遇不好聯(lián)理解孟。如若果預(yù)賞先建暮立了煙“等濤效局沫域慣背性系蜘”的撥概念北，則第對(duì)應(yīng)絞不同柴的引粉力場(chǎng)添點(diǎn)的跳極小故鄰域柳有不昌同的斥局域遷慣性霜系，補(bǔ)不同溝的局頂域慣拜性系斤中有決不同靠的空應(yīng)間收未縮和腹時(shí)間歡延緩仁，這穴樣對(duì)遭整個(gè)勢(shì)的時(shí)電空不直再是次平坦縫的也積就比敵較好恩理解錄了。星體毒附近占的局目域慣依性系K’相對(duì)拘于慣昨性系K的速挑度為上式紐奉意味欠著：在引者力場(chǎng)慕中發(fā)董生的描物理抱過(guò)程哥，在烏遠(yuǎn)處拜觀察鏈，其剪時(shí)間毛節(jié)奏留比遠(yuǎn)彩處觀嗓察者療當(dāng)?shù)赜业墓碳o(jì)有時(shí)戀慢，滔其空項(xiàng)間距坑離比屈遠(yuǎn)處扁觀察響者當(dāng)妹地的繭固有幟長(zhǎng)度車短。琴這就越是引添力產(chǎn)啄生的付時(shí)空漿效應(yīng)引力肥的時(shí)拋空效卵應(yīng)總而源言之星體邊附近r處的局課域慣仍性系K’相對(duì)歌于慣勞性系K的速杜度為引力謙場(chǎng)中粒子托速度隊(duì)變慢由洛侖鐮茲變晃換可知箏，K系中穩(wěn)觀測(cè)抹到K’中的?？谧铀賱P度為引力民場(chǎng)中作光速丟變慢時(shí)空西彎曲由于解引力康場(chǎng)在玻不同樓的時(shí)喊空點(diǎn)（局域慣您性系K’）其時(shí)晚空間雅隔的諷變換有不同帶的比免值（婆因?yàn)槌竺總€(gè)時(shí)空液點(diǎn)的您速度不車同），獅故出姜現(xiàn)時(shí)空的不修均勻控。（這是時(shí)空訊彎曲屈的一況個(gè)定栽性形龜象化解釋叮而已押，深掌入的下理解耳需要廣義窯相對(duì)論繼的理誼論公舍式和非高深仁的數(shù)叢學(xué)。）時(shí)空蝕彎曲能一例勻速俯轉(zhuǎn)盤(pán)撓，K系靜責(zé)止,虛K’系與夸弧元誤共動(dòng):幾個(gè)貓可觀掙測(cè)的蟻廣現(xiàn)義相榨對(duì)論效應(yīng)廣義最相對(duì)桃論的裳驗(yàn)證并和允效應(yīng)水星愈近日酒點(diǎn)進(jìn)箭動(dòng)光線容引力圍偏轉(zhuǎn)光線稼引力恭紅移雷達(dá)務(wù)回波茅延遲GP旅S要用寨廣義闊相對(duì)摸論修沃正“廣解義相梳對(duì)論雹適用烏于大獄尺度寇的時(shí)標(biāo)空，轟其成側(cè)果主正要在渡宇觀位世界澡里才標(biāo)能顯體示出卸來(lái)”里的提熄法是新過(guò)時(shí)傘的。稠現(xiàn)行支普遍護(hù)應(yīng)用許的GP批S，安放蓋在衛(wèi)掏星上桌的鐘進(jìn)就要委不斷宏用相額對(duì)論悲（特油別是耳廣義劍相對(duì)千論）陜修正煉。否傳則，痰每秒零定位供誤差檢達(dá)十淡多厘您米，劍一天先積累霸下來(lái)爸，誤咬差達(dá)咬十公申里以穗上。產(chǎn)這樣燙的定阿位，擊顯然擇是沒(méi)爹有用取的。引力院場(chǎng)中粒子揚(yáng)速度逐變慢由洛侖善茲變睡換可知聚，K系中灑觀測(cè)高到K’中的嗽粒子霉速度滾為引力冶場(chǎng)中蔑光速底變慢由此送可得姨到幾個(gè)駛可觀況測(cè)的廣義匯相對(duì)匹論效姜應(yīng)廣義疲相對(duì)巖論驗(yàn)蟻?zhàn)C之胃1水星儲(chǔ)近日翼點(diǎn)進(jìn)荒動(dòng)廣義吼相對(duì)求論驗(yàn)捆證之航1按牛地頓力川學(xué)，秘行星果的軌薄道是認(rèn)以太教陽(yáng)為驚焦點(diǎn)車的橢統(tǒng)圓形快閉合義曲線帶，實(shí)陶際天找文觀邊測(cè)到播水星鴿在近扯日點(diǎn)心有進(jìn)秤動(dòng)，餐每世法紀(jì)55紙57勸.6償2”，比階牛頓誤理論霞的計(jì)偉算值能多了44綢.1緞1”，成趣了世宿紀(jì)之妨謎。貪直到販廣義井相對(duì)運(yùn)論成淋功預(yù)正言了脊水星背在近震日點(diǎn)斷的進(jìn)共動(dòng)，艦每世挎紀(jì)應(yīng)臂有44哨.1友1”的附壩加值威。這矛是時(shí)申空彎控曲對(duì)罵牛頓詢反平顏方定疾律的徑修正仆。可兔以看侄作是像廣義酒相對(duì)付論早攝期重荷大驗(yàn)津證之傳一。廣義膀相對(duì)俘論驗(yàn)恩證之哨2光線慣引力哀紅移按廣訴義相窮對(duì)論僑，在湊引力漢場(chǎng)中做，光速雀變慢潛，光的認(rèn)周期小變長(zhǎng)沉，頻趨率變復(fù)小，途顏色嘉變紅名，稱童為引堂力紅倘移現(xiàn)督象。廣義疲相對(duì)哄論驗(yàn)組證之沉2引力遵紅移罰效應(yīng)珠是非膛常小丑的，撓直到訴上世拐紀(jì)六婦十年怎代以抱后才醫(yī)得到拿比較膀確定哀的結(jié)負(fù)果。19棟61年觀柏測(cè)了口太陽(yáng)遷光譜抗中的芬鈉譜亭線的雙引力壘紅移棕；19瓶71年觀漠測(cè)了泡太陽(yáng)胖光譜冤中的卡鉀譜魯線的天引力皮紅移觀；19宜71年觀仁測(cè)了修天狼車星伴裹星光趣譜中節(jié)的鉀閣譜線因的引披力紅曾移；19猛58年龐刻德等絮人完嘴成了航第一廳個(gè)地杯面上哭的引感力紅析移實(shí)裁驗(yàn)廣義黃相對(duì)揮論驗(yàn)咱證之挖3光線鼓引力置偏轉(zhuǎn)按廣訊義相守對(duì)論山，在腎引力羞場(chǎng)中坡，光速戴變慢刻，光粥的傳格播方留向與吳光速蜓有關(guān)僅，可漸以通輕過(guò)理呆論計(jì)任算得摟到，辦光線矛通過(guò)挨質(zhì)量逆為M的星剖體時(shí)蔑產(chǎn)生食的偏話轉(zhuǎn)角列為：光線繞引力蹄偏轉(zhuǎn)奏的示捆意圖廣義醋相對(duì)抖論驗(yàn)刃證之吩3（a）按廣幅義相緩對(duì)論光線倘經(jīng)太母陽(yáng)附體近的新引力結(jié)偏轉(zhuǎn)違角度的理論天值為1.埋75〃19示19年巴遷西日次全食桿時(shí)，奶測(cè)量光線騙經(jīng)太丑陽(yáng)附爬近的瓜引力判偏轉(zhuǎn)窩角度為δ≈柄1.紛5〃～2考.0〃19酸75亮年對(duì)統(tǒng)射電只源0哨11世6+蘇08脫觀測(cè)桃到射企電波的引努力偏排轉(zhuǎn)角攻度為δ≈顏1.酷76拴1〃±0.虹01性6〃理論湖值和觀測(cè)值符鐘合得訓(xùn)相當(dāng)祥好。廣義兵相對(duì)喚論驗(yàn)溉證之毛2（b）引力觸透鏡按廣退義相苗對(duì)論冷，光線宋經(jīng)星霉球附部近會(huì)嘉發(fā)生想引力英偏轉(zhuǎn)賭。19絞36年，床愛(ài)因宗斯坦裂證明置，引力診偏轉(zhuǎn)本使球?qū)Υ追Q引謙力場(chǎng)竟出現(xiàn)心引力隱透鏡茄效應(yīng)染，一室般形亞成雙宰像，晚但兩氧像十斗分靠昏近，平不易打分辨菌。引力耗透鏡瓦示意座圖引力堅(jiān)透鏡疊與光籮學(xué)透過(guò)鏡引力賽透鏡短與光肌學(xué)透鏡灶不同緊，它曲的會(huì)聚作姥用是朱散焦舞的，猶如勸一個(gè)霧玻璃誕酒杯底部撇的會(huì)演聚作跨用那樣（塌如右艇圖所撥示）﹔因此灑它的蠟成像散情況十刷分復(fù)狐雜。19該57年，貓瓦爾音什等齒發(fā)現(xiàn)處一對(duì)慕孿生室星體QS政Os軌09那57名+津56往1A藏\B，它展們之戶間的幅角分離立只有5.蠟7’’，發(fā)皆射光把譜和座吸收啊光譜幾乎經(jīng)完全壓一致咸，紅裙移量播也都在為1.秒4。后經(jīng)悔多方奏面觀賺測(cè)，寸確認(rèn)歇這是疫引力瓜透鏡的第促一個(gè)量事例闖。以后估又陸融續(xù)發(fā)拆現(xiàn)其嚴(yán)他一釀些甚舟至是蜘多重成嬌象的壓事例披。廣義居相對(duì)掠論驗(yàn)損證之女4雷達(dá)耗回波叔延遲引力意場(chǎng)中數(shù)光速填變小安的一釣個(gè)可距觀測(cè)衫效應(yīng)扛是雷老達(dá)回先波延逐遲。葛廣義卸相對(duì)狡論預(yù)侄言，請(qǐng)雷達(dá)扇回波筋將延胡遲一拔段時(shí)沿間，就其理蕉論計(jì)闊算值西與19世71年夏糕皮羅性等對(duì)約金星劣的觀研測(cè)值京相符棵。這剛應(yīng)是箱光速寇減小倚引起程的，毅而因線光線明偏轉(zhuǎn)物而路繡程加夫長(zhǎng)的菠影響減要小營(yíng)三至舞四個(gè)跪數(shù)量珍級(jí)。雷達(dá)趨回波佩延遲徐示意饑圖對(duì)金覺(jué)星的新雷達(dá)拌回波弊延遲撒時(shí)間梯，按廣義爬相對(duì)刊論的啦理論滴計(jì)算定值為2.尿05齊×1充0-欣4秒，澡與19咳71年夏呀皮羅枝等人廣對(duì)金印星的盈觀測(cè)值描偏離陣不到2％。灑此后貿(mào)，利耐用固雪定在火星懇和水抹手號(hào)勉、海爪盜號(hào)晚等人斃造天伴體上的應(yīng)仿答器腦來(lái)代朗替反續(xù)射的決主動(dòng)沃型實(shí)立驗(yàn)，得到小了更蒼好的劇結(jié)果郵。引力辦波的雷預(yù)言擊和賢引力盾波的輪探測(cè)愛(ài)因嘆斯坦更從他臘的引元力場(chǎng)肌方程預(yù)爐言，茶存在靠以光魂速傳樹(shù)播的引熄力波擁，引柿力波蚊具有肅如圖所釣示的忠偏振吼態(tài)?？赡莛z的引低力波劑源1.連續(xù)財(cái)引力笛波源倍：旋轉(zhuǎn)貞的、到質(zhì)量潛分布習(xí)不對(duì)像稱的盟天體。慣例如更蟹狀鐘星云牧中子寄星f=圈60么H脅z，相對(duì)叨振幅h為10-2蛙5;其他葵重要吵雙星相對(duì)種振幅h為10-2姥0-1斗0-