第五章相对论讲述.ppt

光的引力偏移 广义相对论预言，引力场中的光线不再沿直线进行，而是偏向于引力场源的一側。这一效应，还可检验光子具有动质量 m = e /c 2 的事实。 1919年的日全蚀期间，科学家们分别在非洲和南美洲，对掠过太阳表面的恒星光线受太阳引力作用而发生偏移的效应进行测量，实测结果分别为 1.61″±0.40″和 1.98″±0.16″，与广义相对论预言相一致（若按牛顿引力理论推算，太阳引力对动质量为m的光子所造成偏移量只有 0.87″)。此类测量后来还进行过多次，结果都与广义相对论预言。 日全蚀 光线引力偏移 q 广义相对论预言 q = = 1.75″ 多次实测结果与预言相一致 R M 4GM c 2R 无线电波偏移 无线电波也可看成是能量较低（质量较小）的光子。采用射电天文望远镜，接收处于太阳后方的射电天体发射的无线电波或宇宙飞船发射的无线电信号，也能测出太阳引力对无线电波所产生的偏移效应。近年来，采用射电天文学的定位技术测得的偏移角度为 1.761″±0.016″, 与广义相对论的预言很符合。 “海盗”号 无线电波偏移 太阳 火星探测 飞船 采用射电天文学的定位技术测得的偏移角度为 1.761″±0.016″, 与广义相对论的预言符合得很好 谱线引力红移 光谱线引力红移 天狼星 实测天狼星的一个伴星光谱线 的引力红移是太阳光谱线引力红 移的 30 倍，与广义相对论预言相符。 广义相对论预言，振荡器的固有频率依赖于它所在处的引力场的强弱。引力场越强，则振荡器的固有频率越低。这种因引力场的作用而使光源的发光频率向光谱低端（红端）移动的现象称为光谱线的引力红移。 若不考虑引力作用时某种原子光谱中某一谱线的频率为n ，在某一半径为R质量M很大的恒星表面上同种原子光谱中同一谱线的频率要低一些，其相对频移的理论值为△n／n =－ GM／(c2R) 。太阳的光谱线引力红移△n／n = －2.12×10 – 6 。 用鈷57放射性衰变发出的g 射线在不同高度上做实验也可测引力红移效应，广义相对论预期的引力红移为2.46×10 -15, 实测结果为( 2.57±0.26 ) ×10 -15, 两者符合得很好。 水星近日进动 水星 太阳 金星 地球 椭圆轨道 近日点 水星近日点的进动（旋进） 位矢 天文观测早已发现，水星相继两次通过近日点时，其位矢扫过的角度大于 2p，总观测值为每百年前移 5600.73″。按牛顿力学关于行星的摄动理论及岁差等因素，可以算出引起该项进动的理论值应为每百年 5557.62″, 这比观测值少了 43.11″。由于此差值之大已是观测精度的数百倍，故引起学术界的高度重视。 爱因斯坦指出，对此问题必须考虑太阳近旁的时空弯曲效应，从而算出水星的进动每百年 还应再加上 43.03″，这与实测结果每百年差 43.11″±0.45″符合得很好。 黑洞 黑 洞 黑洞 恒星 天鹅座X-1 双星系 X射线源 （其中的黑洞约为太阳质量的九倍） X 射 线 广义相对论预言，质量极大的天体，其引力可使时空发生极度弯曲，甚至在天体周围形成一个光波既不能发射又不能反射的区域，称为 “ 黑洞 ”。 天体物理学研究表明，质量大于 3.2倍太阳质量的天体，其引力大到连光子（光子具有动质量）也不能逃脱，可以形成黑洞。黑洞强力吸引相邻恒星的表面物质，可形成高速质量流和带电粒子流，从而激发出X射线。 最早被推断为包含有一个黑洞的双星系是X射线源天鹅座X-1 。目前，通过地面和卫星观测，已发现了大量可认为含有黑洞的双星系及多星系X射线源。 黑洞新证据 据美联社 2 0 0 4 年 2月19 日报道，欧洲和美国天文学家宣布，他们借助 X 射线太空望远镜，在一个距地球大约 7 亿光年的星系中观测到了耀眼的 X 射线爆发。这一强大的X射线爆发是黑洞撕裂恒星的确凿证据。 据天文学家的描述，他们在代号为“RX-J1242-11”的星系中央地带观测到了这场“生死决斗”。黑 洞的质量约为太阳质量的一亿倍，而该恒星与太阳的质量差不多。 摘自《人民日报》 作业 HOME WORK 5 - 15 5 - 1 8 5 - 20 5 - 24 续上 过程开始 时间膨胀效应 为简明起见，假设某一过程发生在 约定坐标系的 系原点，而且，当两坐标系原点重合 时 过程开始 。 过程结束 到过程结束时， 系测得所经历的时间为 系观察此过程在 处结束， 所经历的时间为非固有时间 位移