愛因斯坦和相對論,人類是如何計算來自110億光年外的深空信號的

2020-12-04 星際遊俠X

若讓你列舉幾個世界上的物理學大牛,即使是對科學領域一竅不通的人,必然也是張口就說,艾薩克.牛頓、阿爾伯特.愛因斯坦、霍金等等,但要問誰做的貢獻最大,我會選擇愛因斯坦。一個人創立了相對論理論,並對現代量子力學的發展,奠定了紮實的基礎。

就在剛剛發生不久的,引力波、黑洞——理論,都是出自愛因斯坦的廣義相對論,能夠在100多年前做出精確的預測,是我們不得不佩服的,這也是愛因斯坦最偉大的成就。

不久前,天文學家也接收到來自深空的信號,據推測其質量是以光速傳播的,是來自於110億年前的信號,這恰恰再一次證明了愛因斯坦的相對論是正確的。跨越了時間與空間的局限,不愧是最偉大的科學家。

但是,就在愛因斯坦所生活的時代,由於物質和知識的匱乏,人們並沒有對愛因斯坦的理論有多麼大的認知。也沒能對社會做出巨大的貢獻的證明。反倒是現代研究和實驗相對論的科學家頻頻獲得諾貝爾獎。

廣義相對論的實體是研究物體引力的理論,是物體力量的理論,必然是誕生於牛頓的萬有引力定律基礎上的。而萬有引力的理論是應用最為廣泛地,往小的方面講,在我們日常生活中就能夠廣泛看到;往大的方面講,能夠研究天體運行軌跡,預測太空內星球之間的聯繫與存在,還對人類的航空航天事業做出了貢獻。

即便是這樣的理論,也是有缺陷的,例如:水星在運行過過程中,軌道會出現偏移。即使可以通過萬有引力定律計算出時間和速度,結果仍然不是準確的。

雖然誤差很小,但是科學家們一直想法設法去弄明白是什麼導致了偏差。幾百年過去了,但是仍沒有發現原因。人們也明白,雖然萬有引力定律有缺陷,卻並不妨礙它存在的價值。

牛頓和愛因斯坦的研究對象都是「引力」,所不同的是愛因斯坦提出的是「幾何效應」,他認為物體和能量的相對力,能夠把原本平直的時空壓彎,從而使物體和光子仍然能夠在彎曲空間中繼續運動。

直到愛因斯坦和相對論的出現,才完美解釋了水星軌道預測不準確的難題。廣義相對論也提出了包括黑洞、引力波、時間膨脹效應在內的理論,但是很無奈,人類並非都具有愛因斯坦高瞻遠矚的眼光。

隨著科學技術的進步,和人類對宇宙的探索。人們才漸漸的發現愛因斯坦的偉大。現在我們已經把廣義相對論運用在各個領域。甚至是110億光年外的天體都能夠通過它計算出來,這讓我們不得不感嘆。

廣義相對論中的引力透鏡效應就提出,在宇宙中的巨大質量結構,如星球、星系等彼此之間有牽引作用,會造成空間的扭曲。天體所發出的光通過這些空間就會發生偏移,從而出現在我們的視野當中,就像放大鏡一樣。

由於引力透鏡效應,我們就是通過「放大鏡」來觀測背景,背景天體在某些特定情況下就會扭曲成環狀的,這也是廣義相對論的理論內容——愛因斯坦環。

很難想像,通過幾十億光年、幾百億光年的時間可以看到遙遠星系之間的聯繫。而110億光年外的信號,正是通過愛因斯坦環才得以看到的。

相關焦點

  • 愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?
    請問,愛因斯坦狹義和廣義相對論是否得到實驗的嚴格驗證?這些驗證實驗具體如何做的?如果沒有嚴格的實驗論證,愛因斯坦和一個神棍有什麼區別?小愛的狹義相對論以及廣義相對論,那可是經受過無數考驗的存在。狹義相對論的實證——世界的傷痛1905年,物理歷史的第二個奇蹟年。愛因斯坦當年提交了5篇論文,其中三篇都達到諾獎級別。而狹義相對論以及大家耳熟能詳的E=mc2,當然也包括其中。E=mc2用最簡單的話來說,這個等式的意思是:質量和能量是等價的。
  • 科學家計算出的宇宙年齡和大小,真的準確嗎?
    導讀:我們經常會聽到這樣的知識:我們的宇宙誕生於大約138億年前的一次大爆炸,在那之後,宇宙一直處於膨脹之中。目前,科學家觀測到的宇宙直徑大約有930億光年,而且還在增加!聽到這裡,不知道大家有沒有疑問,科學家們是如何計算宇宙的年齡和大小的呢?
  • 愛因斯坦是正確的!4200光年外的一個星系證實了關於重力的觀點
    愛因斯坦確信所有的物體在引力場中都以同樣的方式下落,不管它們自身的引力如何。它被稱為等效原理,科學家們剛剛用發現的一個遙遠的三星系統證明了它的正確性。這個系統包含一顆繞軌道運行的中子星和一顆白矮星,還有一顆更遙遠的白矮星圍繞著這對恆星運行。
  • 人類史上首張黑洞照片公布 觀測結果完美驗證愛因斯坦相對論預言
    4月10日晚,數百名科學家參與合作的「事件視界望遠鏡(EHT)」項目在全球多地同時召開新聞發布會,發布了人類拍到的首張黑洞照片。該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系M87中心的黑洞。該黑洞距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。圖中心的暗弱區域即為「黑洞陰影」。
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    有些讀者對這個問題感興趣,他們想知道愛因斯坦是怎麼發現相對論的,是用實驗的方法慢慢驗證推理出來的,還是直接用數學方法和物理思想推出來的。愛因斯坦是怎麼想到要去創立相對論的呢,有哪些時代背景和機緣巧合,為什麼同時代那麼多權威的物理學家都沒有辦到,他一個畢業工作沒幾年的小毛頭是怎麼辦到的?
  • 專訪《相對論之路》作者:最早科普相對論的正是愛因斯坦本人
    書中呈現了愛因斯坦的完整論文手稿,以及由作者進行的逐頁科普闡釋,並講述了愛因斯坦如何從狹義相對論走向廣義相對論、這一標誌性論文手稿的意義以及它如何從柏林被移送到耶魯撒冷等內容。作為希伯來大學愛因斯坦檔案館的學術主任,哈諾赫曾經手過數以萬計關於愛因斯坦的一手資料。
  • 對於引力的理解,牛頓理論和愛因斯坦廣義相對論的區別在哪裡?
    《對於引力的理解,牛頓理論和愛因斯坦廣義相對論的區別在哪裡?》本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。一切物理問題都是測量問題,就如一切生物問題都是進化問題一樣。萬有引力定律與廣義相對論的區別,就要從測量的角度去講述。
  • 什麼是相對論?愛因斯坦到底破解了什麼秘密?
    相對論絕非是「靈機一動」的純粹思維產物,而是包含了大量的高等數學。它的基礎是數學,其形式也要數學來表達。很多民科總是喜歡對我說,相對論是偽科學,他們是如何地推翻了相對論,但他們不能出示嚴謹的數學模型,因為他們沒有數學能力,甚至連中學數學能力都不能具備。鑑於相對論的數學過程比較難懂,我就只說說它的原理。
  • 愛因斯坦的預言還有3個沒實現,最後這個實現人類將進入星際時代
    愛因斯坦的預言還有3個沒實現,最後這個實現人類將進入星際時代人類出現在地球上時沒有強大的個體實力,所以為了更好的生存,人類開始進化出智慧,開始使用工具,最終一步步成為了地球的統治者,在人類的發展歷程中,有一些推動社會發展,為人類科技發展做出卓越貢獻的人
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。但是,乍一看,GRT是不是真的很複雜?如何理解廣義相對論?愛因斯坦的廣義相對論可以用幾個字來表達:「時空告訴物質是如何運動的;物質告訴時空是如何彎曲的。」
  • 除了愛因斯坦之外,還有哪位科學家有可能發現相對論?
    簡單來說,相對論的主要內容是關於時空和引力的,在1905年的時候,愛因斯坦提出了狹義相對論,後來又過了10年,愛因斯坦不斷完善自己的觀點,重新提出了廣義相對論,為現代物理學帶來了一場理論革命,讓人類由最開始片面的宇宙觀,上升到宏大的立體的宇宙觀層面,也是因為相對論,人們才意識到宇宙中可能存在多維空間,並且時空是可以扭曲的,我們可以透過時空的褶皺
  • 「跳舞」的恆星再次證明了愛因斯坦的廣義相對論
    引力是自然界中被人類第一個認識到的基本力量。自從我們第一次破解引力的秘密之後,幾個世紀以來,科學家一直在想方設法地對引力進行測試。引力的新發現可能會開闢新的物理學前景,甚至可能是發現它的本質。這種差異最終導致了愛因斯坦廣義相對論的發展,這是我們對現實認識的一個突破。水星的進動16世紀以來,天文學家對水星的軌道做了大量的觀測,並記錄了大量的數據。1859年,法國天文學家在整理、計算這些數據的時候發現水星的軌道並不是完全封閉的,和使用牛頓萬有引力定律計算的有所不同。
  • 淺析相對論(內容淺顯明白)
    「相對論」——大家耳熟能詳的名詞,然而大家對它的了解有多深呢?現在讓我帶領大家進入相對論的奇幻歷程。相對論是建基於一個假設上的,那就是光速是不變的。其實,這個假設就是平時大家熟悉的——「光年」了,我們用望遠鏡看到幾光年以外的星體,就是它們幾年的模樣。假設了光速不變後,愛因斯坦繼而推出了其他相對論的推論物體速度越快時間越慢,繼而物體的長度越長,質量越大。這裡就不一一詳述了。
  • 430萬倍太陽質量,直徑4400萬公裡,2.6萬光年外黑洞終於現身!
    黑洞曾經廣義相對論中預言的天體,但現在黑洞已經赤果果的現身在宇宙中,其質量之巨大,吞噬過程之慘烈,規模之宏大,無一不讓科學家目瞪口呆,而在太陽系賴以寄生的銀河系中心,就有這樣一個黑洞!吞噬一切的銀心黑洞,它是如何被發現的?
  • 牛頓、愛因斯坦錯過的「黑洞」理論,卻被他在戰壕裡計算出來了!
    前段時間 ,我們有幸成為地球 46 億年歷史裡首批看見黑洞的生物,可以說是實實在在見證了歷史!事件視界望遠鏡並不是一個傳統觀念的觀測平臺,而是由位於美國、墨西哥、智利、法國、格陵蘭島和南極的天線組成觀測陣列,它主要負責對銀河系中央的人馬座A *黑洞進行觀測,捕捉黑洞周圍環境的清晰圖像。該黑洞圖像揭示了室女座星系團中超大質量星系Messier 87中心的黑洞。該黑洞距離地球5500萬光年,質量為太陽的65億倍。
  • 宇宙最快星系,遠離速度達2.3倍光速,為什麼它沒有違背相對論?
    相信很多朋友都知道相對論,它是愛因斯坦提出的最偉大的物理理論,也是人類科學史上最偉大的一個基礎理論。相對論讓我們對空間,時間,宇宙有了更新的認知。相對論一個偉大的理論,對人類的影響是深遠的,而人類目前對相對論的應用和理解還只是皮毛。
  • 為什麼可以得出很多科學公式,卻都與事實不符,比如,相對論
    但是細細推敲不難發現,那些公式和學科與現實的衝突很尖銳而且明顯!比如,萬有引力定律,後來被發現有瑕疵!只適用於一定範圍!比如,物質守恆、能量守恆,那麼,最初的物質和能量來自於哪裡?有的說宇宙就是一個循環過程,周而復始,所以,不需要解釋物質和能量來源。這分明是騙人!
  • 距地10億光年,3個超大質量黑洞正在碰撞,場景十分罕見
    說起宇宙中最為神秘的天體,很多人首先會想到的便是「黑洞」,在現代廣義相對論中,黑洞作為宇宙中的一種已知天體,密度和引力非常強大,即使是沒有任何質量的光,在接近黑洞的時候,也會被黑洞給吸引,沒有辦法從黑洞中逃脫。
  • 科普:廣義相對論中愛因斯坦場方程的導出
    廣義相對論是愛因斯坦最偉大的成就,當然也是近代大尺度物理學/宇宙學最偉大的成就。而愛因斯坦場方程則是廣義相對論的最凝練的核心數學表達式,愛因斯坦場方程對很對人來說是非常神聖和神秘的。今天,我們準備寫一篇簡單的科普文章介紹一下愛因斯坦場方程是如何推導出來的。
  • 廣義相對論又被證實!恆星的運行與愛因斯坦的預測不謀而合
    一顆恆星正繞著銀河系的黑洞運轉並精確的按照愛因斯坦的預測移動。舉個例子吧,三十年前,天文學家們曾經觀測過人馬座a星附近的一個星體的運行方式,研究其是否符合愛因斯坦的廣義相對論。萊因哈特甘澤爾是mpe的主任,也是這項研究時長已達三十年並取得了重要成果的項目負責人,他在南歐天文臺的刊物裡說道,愛因斯坦的廣義相對論預言,一個天體與另一個天體的運行軌跡並不是相近的。愛因斯坦的預測顯示了這顆近距離經過銀河系中心的超大質量黑洞的恆星S2的路徑。