除了黑洞,愛因斯坦的理論還有哪些預言?

2021-01-19 鍾銘聊科學

我們都知道黑洞是廣義相對論預言的,不過黑洞並不是愛因斯坦本人預言的,而是科學家史瓦西。其實愛因斯坦很反對,還專程寫了一篇論文反對。當然,後來更多的年輕科學家站到了史瓦西的這邊,這種事情其實在整個科學史都很常見。

科學圈一直流傳著這樣一句話「薛丁格不動薛丁格方程」,指的就是量子力學奠基人之一的薛丁格自己搞出來的波動方程,自己不能接受這個方程的物理意義。

也就是說,聊到相對論的預言,不能只聊那些愛因斯坦本人的預言,而是要關注理論本身,看看理論能給出什麼樣的預言。接下來,我們來一個個聊一聊:

引力透鏡

引力透鏡是指:

當背景光源經過引力場附近(比如:星系,黑洞,星系團)時,光線就會像是通過了透鏡一樣發生彎曲。

這個彎曲的程度取決於引力場的大小。實際上,自從光的波粒二象性被提出後,在牛頓理論體系當中,光也是可以偏折的,只不過後來英國天文學家愛丁頓帶團隊親自驗證了:

同樣是發生偏折,愛因斯坦的理論預言的偏折角度的誤差遠遠好於牛頓理論給出的偏折角度產生的誤差。

不過,這裡還發生了一個小故事,愛丁頓其實作弊了,他只挑了一些有利於相對論結果的數據,而摒棄那些不利於相對論的數據。所以,愛丁頓的論文一發表,愛因斯坦就直接封神了。

後來,1978年愛因斯坦誕辰100周年,格林威治天文臺臺長拿出了當年愛丁頓的論文時,才發現了愛丁頓數據造假。不過,他們並沒有著急宣布,而是重新用最新的技術進行測量,發現愛丁頓受限於當時的觀測技術,才得出這些數據不利於相對論。實際上,這些數據用現代的技術測量是和相對論擬合的非常好的。

可以說是有驚無險,完成了兩次大反轉,最終還是說明了相對論是很精準的。其實愛因斯坦和他的理論簡直就是反轉之王,後面還有更奇葩的反轉。

引力紅移

引力紅移是指

光或者其他波從引力場(各種大質量天體)遠離時,頻譜會往紅色端方向發生偏移。

我們都知道光是有波動性的,在引力場大的地方,波長會變大,就像下面這樣:

這時候,光的波長就會往紅外光的方向偏移。

要知道,我們能看到的光的範圍是有限的,被稱為可見光。光的波長變大就有可能偏移出可見光範圍,那樣人眼就可能看不到。這次黑洞的照片就驗證了這一點,我們仔細看照片會發現,上半部分的光明顯少於下半部分,這就是因為發生了引力紅移,光從可見光便宜到了不可見光,也就是引力紅移。

說白了就是波長變長了,頻率變低了。這一次發現的黑洞照片也驗證了引力紅移的現象。、

水星進動

話說牛頓的理論告訴我們,

行星繞著恆星運動是一個橢圓的軌道,一個周期結束後回到原點,繼續下一個周期。

所以科學家自然而然會把這個理論運用到各個天體的運動上,其中就包括水星。

但是科學家經過細緻的計算,發現不管咋樣,理論和觀測結果都不太匹配,水星每次都沒有回到初始的位置,而是稍稍發生了一點偏差。其實這個誤差特別小,但是科學家是無法忍受的。

科學家把各種情況都考慮進去(比如:金星和地球的引力),結果還是差一點點。這個奇怪的現象這就叫做水星進動。

而愛因斯坦的相對論就能夠解釋這個現象。在相對論中,行星運動的情況恰恰就是會發生進動這種情況的。實際上地球也有進動,我們之所以沒感覺到地球會發生這種現象,只是因為太陽系內的引力場小所以相對論的效應沒體現出來。

在引力場比較小的情況下牛頓理論和相對論的結果十分接近。而水星因為離太陽很近,引力很大,這個差別就一下子體現出來了。這其實和在宏觀低速情況下相對論和牛頓理論結果十分相近是一個道理。

引力波

愛因斯坦認為:如果空間內沒有任何東西存在,時空就會是平直的。但是如果有天體存在,時空就會被扭曲。

當帶有質量的天體開始加速運動時,時空就會產生漣漪,就好像池塘裡的水波一樣,這其實就是引力波。不過,一般來說引力波非常微弱,我們根本探測不到。目前的技術手段只能探測到特別大質量的黑洞或者中子星合併時產生的引力波。

瞎貓碰上死耗子型的「宇宙常數」

最後再說個瞎貓碰上死耗子型的預言。

愛因斯坦提出廣義相對論時,裡面有個方程,從這方程上看,宇宙應該是膨脹的。

可是愛因斯坦覺得宇宙怎麼可能會膨脹?他認為宇宙應該永恆不變的才對。

於是,加了一個宇宙常數。

也就是那個「Λ」,這樣這個方程就表示宇宙是恆定不變的。於是愛因斯坦很滿意地發表了文章。結果呢?啪啪啪打臉!

沒多久,哈勃就發現:

很多星系正在離我們遠去,離我們越遠的星系遠離的速度就越快。

科學家們通過各種理論驗證,認為如果宇宙是一直在膨脹的,那倒推回去不就是一個點麼?於是提出了宇宙大爆炸。

也就是說,愛因斯坦那個方程的宇宙常數是多餘的,應該被刪掉。於是,就變回了原來的樣子。

沒過多久,也就是在1998年,兩個科研小組發現了一個驚天大秘密:宇宙是在加速膨脹的。也就是說,這個方程原來描述的宇宙膨脹是一個勻速狀態,也就是不對的,需要加一個常數「Λ」進去彌補加速膨脹的效應,於是,這個方程又變回了愛因斯坦提出時的樣子。

可以說是科學史中難得一見的大反轉,只是其實兩個常數的意義是不同的罷了。不過從某種角度來看,愛因斯坦預測的結果對了,只是預測推理的過程有點問題。

蟲洞

關於廣義相對論裡的語言,其實還有愛因斯坦羅森橋,也就是科幻裡常用來穿越的蟲洞,不過這個理論目前還停留在猜想和理論階段,科學家還沒有找到任何蟲洞存在的證據。

關於,愛因斯坦和他理論的預言,我們就說到這裡。

相關焦點

  • 愛因斯坦預言除了黑洞,還有哪些預言?說出來你別不信
    愛因斯坦在1907年根據等效原理預測了光的引力紅移,即遠離引力場觀察時 愛因斯坦是被公認的最偉大的物理學家之一,他在重要理論推導以及科學實驗方面取得了一系列影響深遠的成果,
  • 黑洞並不是愛因斯坦預言的?科學家:預言黑洞的那個人比愛因斯坦早...
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  • 黑洞已經被證實,如果愛因斯坦下一個預言也成真,人類該怎麼辦?
    引言:愛因斯坦被認為是人類歷史上最偉大的科學家之一,他不僅在生前提出了許多對人類發展有很大促進作用的理論,而且還提出了許多有前瞻性的預言,例如引力波和黑洞的預言。隨著第一張黑洞的照片被公布出來,愛因斯坦關於黑洞的預言終於被證實了,那麼愛因斯坦的下一個預言會實現嗎?
  • 黑洞是愛因斯坦早期預言的天體他卻不相信黑洞真實存在
    可是對於愛因斯坦來說,諾貝爾獎遠遠無法表達他的偉大。黑洞,是一個引力極強的特殊天體,中心密度無限大,時空曲率無限高,體積無限小的奇點。所有的物理定律都在奇點處處處失效,並且在奇點的周圍存在著一個事件視界區域,無論任何物體進入這個區域,都無法逃離黑洞,甚至是光也無法逃脫。
  • 愛因斯坦眾多的預言中還有兩個沒有實現!是哪兩個呢?
    應該說愛因斯坦提出的科學預言何至四個?而是遠遠超過四個!當然這也許和坊間傳說的愛因斯坦的科學預言完全不一樣,我們不妨來看看都是有哪些預言!謠傳的愛因斯坦有幾大預言分別是引力波和質量扭曲時空,還有蜜蜂滅絕後人類僅剩四年以及2060年地球毀滅,相信大家對於引力波和質量扭曲時空等這些說法應該已經耳朵長繭了吧,LIGO發現引力波以及大質量天體周圍時空是受到影響的,這從GPS時鐘與地面差異可以計算出來!但後兩者就有點呵呵了.....
  • 愛因斯坦曾大膽預言黑洞,還說了一番關於中國的預言,現全都應驗
    也就是通過廣義相對論,愛因斯坦預言到了黑洞的存在。 在廣義相對論的理論裡,它直接推導出一些大質量恆星會終結為一個黑洞——一個時空曲率大到連光都無法從其事件視界逃脫的天體。雖然黑洞的理論在當時並不被所有人接受,但此時科學已經證實這是對的,2019年4月10日,人類首張黑洞照片面世,證明了廣義相對論在極端條件下仍然成立。
  • 愛因斯坦預言的黑洞已現身,預言的蟲洞的意義更加重大
    在愛因斯坦和納森·羅森研究引力場的時候,預言了蟲洞的存在,愛因斯坦認為,蟲洞是時空扭曲的產物,是連接兩個不同時空的隧道,人類完全可以通過蟲洞來穿越時空或者空間轉移。一直以來,蟲洞的存在就被很多人認為是荒誕不經的。但是,隨著愛因斯坦預言的黑洞被證實,人們開始重新審視他蟲洞的預言。
  • 愛因斯坦除了《相對論》外,還有什麼成就?
    愛因斯坦可以稱得上是極為全面的理論物理學家,當然這裡不包括實驗物理。二十世紀初,誕生了兩大物理學理論,一個是量子力學,一個是相對論。愛因斯坦幾乎是一個人完成了整個相對論的理論。但除了相對論,他還有很多其他科學成就。
  • 黑洞已被人類找到,愛因斯坦預言的「白洞」會被證實嗎?
    雖然科學家已經研究黑洞很多年了,但事實上科學家對於黑洞的了解還是非常片面的,比方說宇宙中最普遍的恆星級黑洞,根據科學家的研究,恆星級黑洞在宇宙中分布非常廣泛,只在銀河系中,恆星級黑洞的數量就在上億個,不過目前科學家卻只發現了20個左右,由此可見,我們對於黑洞的研究還有很長的路要走。
  • 愛因斯坦的五大預言,只有兩個還未實現?其中一個令人擔憂?
    但各位可能不知道的是,就是像愛因斯坦這樣的偉大科學家也有神神叨叨的各種預言,我們來看看他說過過哪些預言!愛因斯坦的預言愛因斯坦最偉大的成就是狹義相對論和廣義相對論,當然還有光電以及量子力學與分子運動等都做出巨大的貢獻,所以他的預言也源自這些理論!
  • 愛因斯坦的預言還有一個沒有實現,可是科學家卻不希望它成為現實
    愛因斯坦提出的幾個偉大理論指引著人類科技前進的方向,現在100多年過去了,人類很多有關物質的探索,宇宙的探索還是沿著愛因斯坦的方向前進,甚至未來數百年的前進道路,我們仍然還要依靠愛因斯坦理論的支持。愛因斯坦除了這些偉大的理論之外,他還有另一種更強大的,讓我們感到震驚的能力,那就是預言。科學家喜歡預言是很正常的事情,牛頓有對未來的預言,特斯拉有對未來的預言,霍金也有對未來的預言。
  • 愛因斯坦的預言還有一個沒有實現,可是科學家卻不希望它成為現實
    沒有愛因斯坦有關核能的理論支撐,就不會有後來原子彈的誕生,氫彈的誕生。愛因斯坦提出的幾個偉大理論指引著人類科技前進的方向,現在100多年過去了,人類很多有關物質的探索,宇宙的探索還是沿著愛因斯坦的方向前進,甚至未來數百年的前進道路,我們仍然還要依靠愛因斯坦理論的支持。
  • 100年前,愛因斯坦曾大膽預言黑洞,還預言了中國,如今字字應驗
    喬治·薩頓說:「真正的科學家比任何人都更不輕易預言」。但愛因斯坦不僅是一位偉大的科學家,還是一位「預言家」。早在100年前,他的「黑洞」猜想曾是人類歷史上最令人震驚的預言之一,儘管「黑洞」一度曾是海市蜃樓般的存在,但在21世紀的今天也被逐漸證實。當然「黑洞」的預測並不是空穴來風,這裡面是愛因斯坦無數個晝夜的辛苦。
  • 愛因斯坦提出的科學預言有哪些,是否有還未被證實的?
    愛因斯坦根據嚴謹的科學理論,提出的科學預言很多;至於流傳的四大預言,什麼蜜蜂消失理論等等,要麼是一句諷刺話,要麼愛因斯坦根本就沒說過。愛因斯坦的主要預言有:黑洞、愛因斯坦-羅森橋(蟲洞)、引力波、引力透鏡、引力紅移、玻色-愛因斯坦凝聚態、雷射、宇宙學常數、時空彎曲、鍾慢效應等等。
  • 愛因斯坦:黑洞的對面,還有一個白洞.
    照片發布當晚,最開心的當屬愛因斯坦了,因為他的預言成真了。 所以之前很多對於黑洞的假想圖都是基於廣義相對論裡的理論,而首張黑洞圖像恰恰從觀測的角度論證了愛因斯坦廣義相對論的正確性。 愛因斯坦覺得霍金說的很有道理,給他點了一個贊,接著說:「有黑就有白,在黑洞對面站著的就是白洞。黑洞不停地吸進東西,總要從某個埠再釋放出去。而這個出口,就是白洞。白洞和黑洞一樣,有一個封閉的「視界」。
  • 在銀河系中心超大黑洞周圍「跳舞」的恆星驗證了愛因斯坦的理論
    人馬座A*,銀河系中心的黑洞,距離太陽2.6萬光年,很有可能是離我們最近的超大質量黑洞的所在。它巨大的引力俘獲恆星,讓它們在其周圍的軌道上旋轉。幾十年來,天文學家一直在觀察這個區域內的一顆特定恆星,而新的研究再次驗證了愛因斯坦對引力的理論。
  • 重力波:愛因斯坦的最後預言
    他的觀測顯示星光的確被太陽重力扭曲,成為愛因斯坦廣義相對論的第一個證據。「若然如此,我會為上帝感到惋惜。我的理論是正確的。」 愛因斯坦在1916年正式發表廣義相對論,至今剛好100周年。廣義相對論徹底推翻牛頓重力理論,把重力和加速度統一。當時空被物質或能量所扭曲,就會產生所謂的重力。重力原來非「力」,而是時空結構和質能互動的結果。
  • 愛因斯坦預言的黑洞已被公布照片,他預言的白洞呢?或許宇宙就是
    偉大的物理學家愛因斯坦依靠廣義相對論曾經預言過黑洞和白洞這兩種天體,雖然他本人並不相信這兩種天體在宇宙中真的存在,但是目前已經有大量的觀測證據可以證明黑洞的確是宇宙中存在的一種天體,前段時間更有首張黑洞的照片被公布於世,所以黑洞的存在基本已沒有任何疑問,但是與黑洞性質相反的白洞卻還沒有任何蹤跡
  • 愛因斯坦預言你覺得高嗎?七大預言已經實現四個,穿越有望實現
    眾所周知,愛因斯坦全身是20世紀最偉大的物理學家(第一個構建了現代天體物理基礎,指引者現代物理的發展)。愛因斯坦之所以如何偉大,不僅僅是因為它一生中有很多的科學研究,最重要的是它提出了不少的預言都。比如:黑洞、愛因斯坦-羅森橋(蟲洞)、引力波、引力透鏡、引力紅移、玻色-愛因斯坦凝聚態、雷射、宇宙學常數、時空彎曲、鍾慢效應等等。而且這些預言大部分後來很多都被得到了證實,這就非常厲害了,哪些還沒有被證實的,很大的可能都是因為我們人類的科技還沒有發展到那個程度,無法理解而已。
  • 愛因斯坦的五大預言中,有兩個還沒有實現,其中一個讓人們擔憂
    除了相對論,愛因斯坦還提出了質能方程式,首次向人類提示了物質和能量之間的關係,而人類目前最厲害的終極武器核彈就是在這個理論基礎上研究出來的。我們都知道,每一位偉大的科學家都有一個特別的愛好,那就是對未來做出預言。愛因斯坦自然也有這樣的愛好,只不過愛因斯坦的預言跟其它科學家的預言有很大的不同。