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    和广义相对论相比,人们对牛顿理论产生的三大误解

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      广义相对论成功解释了水星近日点进动、光线偏折、引力红移,这让很多人对牛顿理论产生了三大误解,他们认为牛顿理论并不能解释上述三个现象,但事实却恰恰相反。
      水星近日点进动
      事实上,行星的轨道并不是封闭的。由于水星离太阳较近,它近日点的进动会更明显。每一百年,水星近日点进动的测量值为5600.73”。这个数值并不是全部由太阳的广义相对论效应引起的,物理学家根据行星的岁差和其它行星的引力摄动,利用牛顿理论预测了5557.62”的进动值,还余下了大约43”无法得到解释。
      如果物理学家没有对此深究,那么该问题就到此为止了。因为每一百年才43”的差值可以看成是小于1%的误差,这在理论上是可以接受的。所以,牛顿理论是可以解释水星近日点进动的。但是,问题在于,这小差值对应的直线距离太大了,物理学家无法忽略,这也就是广义相对论大显身手的地方。

      和广义相对论相比,人们对牛顿理论产生的三大误解

       

      我在前面的文章广义相对论中的行星轨道方程也计算了牛顿理论和广义相对论所对应的行星轨道方程。我们可以看到,广义相对论的结果比牛顿理论的结果多了一个附加项,而这一项刚好可以解释43”的差值。除此之外,前面的项还要依靠牛顿理论计算更加方便。
      光线偏折
      广义相对论认为,太阳的存在使时空发生了弯曲,零测地线不再是直线,从而无穷远处的观察者会觉得光的运动发生了偏折,不再是直线。1919年,爱丁顿利用日全食的机会进行了光线偏折实验,得到了1.89”的结果,支持了爱因斯坦的广义相对论。

      和广义相对论相比,人们对牛顿理论产生的三大误解

       

      那么,牛顿理论是如何预测光线偏折的呢?牛顿理论认为,太阳附近的时空仍然是平直的,并且光是一种粒子,也会受到引力的作用。当光子从太阳附近经过时,太阳对它的引力充当向心力,使它的运动方向发生了改变,从而我们看到了光的偏折。
      虽然牛顿理论可以这么解释光线偏折,但是它计算出来的结果却比实际测量值少了一半。如果大家感兴趣,我也可以出一篇广义相对论和牛顿理论关于光线偏折的计算。
      引力红移
      广义相对论认为,引力红移的产生是因为时空几何,时空曲率大的地方钟走得更慢,造成了光的红移。而牛顿理论认为,光是一种粒子,在引力场中向上运动,它的动能就会向势能转换,而动能的减少会造成红移。

      和广义相对论相比,人们对牛顿理论产生的三大误解

       

      从二者的计算结果来看,它们在GM/c²R的一级近似之下是一致的,只有在二级近似之下才会表现出差异。不过,当时的天文观测水平只能测得到一级近似,因此不能分辨哪种理论更正确。不过,在用牛顿理论计算时,使用了“引力质量和惯性质量相等”的假设,也从侧面支持了广义相对论的基本假设——等效原理。
                                    微信公众号:万象经验
                                    原创:Eugene
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      真不错的知识 [s-70]
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