
1905年,爱因斯坦(Albert Einstein)颠覆了理论物理学的世界,发表了有关学科的著作,该著作后来被称为相对论。 她表明,空间和时间不能被视为绝对实体:时间可以加速或减速,标准长度可以减少,质量可以增加。
而且,最著名的结果是能量的等价性及其比例通过等式E =mc²表示。
毫无疑问,爱因斯坦提出了广义相对论的天才,但人们普遍接受的是,如果爱因斯坦在1905年没有发表他的理论,那么其他物理学家很快就会取代他。
“爱因斯坦的十字架”-一个遥远类星体的四张图像,由于来自它的光围绕着一个更靠近我们的银河弯曲而起,作为引力透镜。爱因斯坦直到1915年才通过发表相对论来证明他的天才。 她认为时空的曲率是成比例的,并且也是由于“能量动量密度”而发生的,即能量和动量与单位体积的任何物质相关联。
这一说法与
对水星异常轨道的观测以及绕太阳弯曲的恒星的光
相吻合时得到了证实。
在过去的一百年中,GTR的准确性得到了验证,并且每次都通过了测试。 GR已经成为一个巨大的飞跃,可以说,如果爱因斯坦没有制定它,那么它可能会在很长一段时间内未被发现。
相对论通论
1907年,爱因斯坦坐在伯尔尼专利局的椅子上,来到了“一生中最快乐的念头”:
如果一个人自由下落,他不会感到自己的体重。
她带领他提出了“
等价原理 ”,其中指出不可能区分加速的参考系和引力场。 例如,如果您站在地球上,会感觉就像您站在以9.81 m /s²的加速度在地球上的重力加速度下移动的宇宙飞船一样。
这是制定新的引力理论的第一步。
爱因斯坦相信“所有物理学都是几何”。 他的意思是关于时空和宇宙可以用几何术语来考虑。 广义相对论最令人惊讶的结论是时空的动态性,显然使爱因斯坦不得不重新考虑“几何”时空。
爱因斯坦进行了一系列准确的
思想实验,比较了观察者在
惯性和
旋转参考系中的观察结果。
他建立了一个旋转参考系中的观察者,时空不能为欧几里得,即我们在学校都学习过的平面几何。 为了考虑相对论预测的异常,我们需要引入一个“弯曲空间”。 曲率成为支持其广义相对论的第二重要假设。
为了描述弯曲的空间,爱因斯坦转向19世纪数学家
伯纳德·里曼 (
Bernard Riemann)的早期作品。 在同样是数学家的朋友
马塞尔·格罗斯曼 (
Marcel Grossman)的帮助下,爱因斯坦花了数年乏味的时间研究弯曲空间的数学-数学家称之为“微分几何”。 爱因斯坦指出:“与对重力的理解相比,狭义相对论似乎像是在玩玩具。”
爱因斯坦现在有了一种数学工具来使理论得以完善。 等价原理认为,加速参考系等同于重力场。 作为他对几何学研究的结果,他认为引力场是弯曲时空的简单体现。 因此,他可以证明加速的参照系是非欧几里德空间。
发展历程
第三关键步骤是消除将GR应用于牛顿重力的困难。 在相对论的特殊理论中,所有参考系中光速的恒定性以及光速是最大可达到速度的主张与牛顿重力理论相矛盾,牛顿理论认为重力是瞬时作用的。
简而言之,牛顿引力说,如果您将太阳从太阳系的中心移开,那么该事件的引力效应将立即在地球上感受到。 但是STO说,即使太阳消失的影响也会以光速移动。
爱因斯坦还知道,两个物体的引力与它们的质量成正比,这取决于牛顿方程F = G * M * m /r²。 因此,质量清楚地确定了引力场的强度。 SRT说质量等于能量,因此能量动量密度也应决定重力。
结果,爱因斯坦用来阐述其理论的三个关键假设是:
1.在
旋转 (非惯性)参考系统中,空间是弯曲的(非欧几里得)。
2.等价原理说,加速参考系等同于重力场。
3.从SRT得出质量和能量的等价关系,从牛顿物理学得出,质量与重力成正比。
爱因斯坦能够得出结论,能量动量密度会产生时空曲率,并与之成比例。
尚不清楚他何时具有“洞察力”,何时能够将这个难题拼凑起来并将质量/能量与空间曲率联系起来。
从1913年到1915年,爱因斯坦在完成广义相对论的同时发表了几本著作。 在某些作品中,犯了一些错误,因此,爱因斯坦将时间浪费在理论上不必要的干扰上。
但是最终结果是,能量动量密度改变了时空,就像保龄球是一块拉伸的橡胶片一样,而质量在引力场中的运动取决于时空的曲率,这无疑是人类智慧最大的猜测。
差点
如果不是爱因斯坦的天才和我们在一起,我们将了解重力多长时间? 我们可能不得不等待数十年。 但是在1979年,这个谜语肯定会出现。 那年,天文学家发现了“
双星类星体 ”,QSO 0957 + 561,这是第一个观测引力透镜的类星体。

这个惊人的发现只能用时空的曲率来解释。 对于他来说,如果不是因为爱因斯坦的天才,他们可能会获得诺贝尔奖。 也许还是值得付出。