爱因斯坦的预言有哪些

爱因斯坦的预言包括光的偏转，水星近日点进动，慢引力钟，引力红移，黑洞，引力拖曳效应，引力波。

1.光线偏转

几乎每个人在中学都学过光是直线传播的，但爱因斯坦告诉你，这是错的。光只沿时间空传播，但只要有质量，有时就会弯曲空，光不是直的而是弯曲的。质量越大，弯曲越大，光的偏转角越大。当靠近太阳时，空弯曲，背景恒星的光如果在去地球的路上经过太阳附近就会偏转。爱因斯坦预测光的偏转角为1.75″，牛顿引力计算偏转角为0.87″。为了拍摄太阳附近的星星，我们必须等待日全食。机会终于来了。1919年5月29日，条件极佳的日全食。英格兰的爱丁顿率领的探险队前往非洲几内亚湾的普林西普和南美洲的巴西索布拉进行观察。两地三套设备观测到的结果分别为1.61 ″ 0.30 ″、1.98 ″ 0.12 ″和1.55 ″ 0.34 ″，完全符合广义相对论的预测，这是对广义相对论最早的确认。70多年后，“哈勃”望远镜升至空，拍摄到了许多被称为“引力透镜”的现象，现在几乎人人皆知。

2.水星在近日点进动

长期以来，人们观察到水星的轨道一直在漂移，其近日点沿轨道为5600.73″/世纪，这是一种“岁差”现象。根据牛顿引力计算，这个值是5557.62″/百年，相差43.11″/百年。虽然这是微小的误差，但天文学严谨，显然有不容忽视的误差。许多科学家推测，水星轨道内还有一颗行星离太阳更近，有些人甚至将其命名为火神。然而，这颗行星从未被发现。1916年，爱因斯坦在论文中声称，广义相对论计算的偏差为42.98″/ 100年，几乎完美地解释了水星近日点进动。爱因斯坦自己说，他计算这个结果的时候，简直兴奋得睡不着觉，这是他最骄傲的成就。

3.重力时钟很慢

也是时间空弯曲的结果。以上都是空之间的影响。当太阳弯曲时，光和水银都向内移动。既然是时间空弯曲了，自然要说时间的变化。广义相对论中具有基石意义的等效原理认为，无限小体积中的均匀引力场相当于加速运动的参照系。在引力场中，引力势低的地方，也就是过去我们学的越靠近天体中心，引力越大，时间过程越慢，物体的尺度越小。说得通俗一点，以地球为例。比起国际空间站的宇航员空，地面上的人感受到的重力更大，引力势更低，所以地面上的人会比宇航员走得慢，长此以往会更年轻！这个验证实验做的很早。1971年，进行了一次非常精确的测量。哈弗和基廷分别将四个铯原子钟放在一架民用客机上，在1万米空的高度沿赤道盘旋。一架飞机从西向东飞，一架从东向西飞，然后和地面上预先校准的原子钟对比。考虑狭义相对论效应和广义相对论效应，从东到西的理论值是，平面上的时钟比地面快275±21纳秒，实验结果快273±7纳秒。从西向东的理论值是平面上的时钟比地面慢40±23纳秒，实验结果慢59±10纳秒。其中广义相对论效应从东到西快179±18纳秒，从西到东快144±14纳秒，意味着飞行时钟比地面时钟快；但需要注意的是，由于飞机与地球自转同向东航，相对于地面静止的时钟更快，导致更显著的狭义相对论效应，使得飞行时钟比地面时钟慢的总效应。

4.重力红移

大质量天体发出的光处于强引力场中，其光振动周期比地球上同一元素发出的光振动周期长，导致谱线向红带移动的现象。只有引力场特别强的时候，才能探测到引力引起的红移。20世纪60年代，庞德、雷布卡和斯奈德利用哈佛大学杰弗逊物理实验室的穆斯堡尔效应对引力红移进行了定量验证。他们在离地面22.6米的高度放置了一个伽马射线辐射源和一个探测器。他们轻轻地上下摇动辐射源，并记录探测器测量的信号强度。用这种方法，他们测量了引力势的微小差异所引起的谱线频率的偏移。他们的实验方法很巧妙，可以用狭义相对论和等价原理来解释。结果表明，实验值与理论值吻合较好。2010年，美国和德国的三位物理学家马勒、彼得斯和朱将引力红移效应的实验精度提高了1万倍，从而更准确地验证了爱因斯坦的广义相对论。

5.黑洞

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西计算出爱因斯坦引力场方程的一个真空解。这个解说明重力会将大量的物质集中在空之间，产生奇怪的现象。这个天体被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。史瓦西的解表明黑洞质量极大，但体积极小，密度异常大。它产生的引力场如此之强，以至于任何物质和辐射在进入黑洞的一个事件视界后都无法逃逸，即使是传播最快的光也无法逃逸。太阳要变成黑洞，它的所有质量都必须汇聚到半径只有3 km 空的地方，而地球质量的黑洞半径只有0.89 cm。1964年，美国天文学家里卡多·吉·雅科尼意外地在天空中发现了一个神秘的X射线源空，它位于银河系中心附近。1971年，美国卫星“自由”号发现X射线源的位置是一颗超级巨星，它不能发射观测到的X射线。它实际上是由一个质量约为太阳10倍的看不见的物体拉动的，被认为是人类发现的第一个黑洞。黑洞虽然看不见，但它对周围天体运动的影响是显著的。现在黑洞已经被人们广泛接受，天文学家甚至可以用光学望远镜直接看到一些黑洞吸积盘的光。

6.重力拖曳效应

一个旋转的物体，尤其是质量物体，会在空之间引起另一个拖曳变形，就像在水中旋转一个球，会沿着球的旋转方向形成小的波纹和漩涡。地球的这种效应会导致运行在空之间的陀螺仪的旋转轴偏转41/1000弧秒，大致相当于从华盛顿观看一枚放置在洛杉矶的硬币所产生的张角。2004年4月20日，NASA的“重力探测-B”卫星从范登堡空军事基地升空，以前所未有的精度观测测地线效应，从而寻找“惯性系统阻力”效应的迹象。卫星在轨道上飞行了17个月，然后研究人员分析了5年的测量数据。2011年5月4日，NASA发布消息称GP-B卫星已经证实了广义相对论的这一预测。然而，这个项目的经济性和必要性受到了许多声音的批评。

7.引力波

爱因斯坦发表广义相对论后，进一步阐述了引力场的概念。牛顿万有引力定律说明引力是“超距”的。比如太阳突然消失，地球会瞬间脱离轨道，这似乎是对的。但爱因斯坦提出“引力”需要在时间空内传递，这需要时间。质量的变化引起引力场的变化，引力会以光速向外传递，就像水波一样，这就是“引力波”的起源。但是，爱因斯坦知道引力波非常微弱，像太阳这样的恒星不可能引起剧烈的扰动，甚至他认为它们可能永远也探测不到。1974年，美国物理学家泰勒和霍尔斯利用射电望远镜发现了由两颗中子星组成的双星系统PSR1913+16，并精确测量出两颗围绕质心旋转的致密恒星的半长直径以每年3.5米的速度减小，3亿年后将合并，系统总能量周期每年减少76.5微秒，减小的部分应该是释放的引力波。泰勒和霍尔斯首次因间接探测引力波获得1993年诺贝尔物理学奖。现在我们直接“听到”了引力波的甜美声音，预示着现代物理学将翻开新的篇章！