广义相对论的验证,计算太阳的引力红移
爱因斯坦说,太阳表面其实有一个钟,那就是光钟。不同元素发出的光其实都是以不同的频率振荡的钟,由于太阳上的时间变慢了,所以光的频率就会变低。因此,同一根光谱线,在地球实验室拍的和在地球拍太阳的会不一样,后者会产生红移。 如图所示,在太阳表面和地球表面分别有静止的光源和静止的观察者。光源在坐标时刻t1发出一个光子,观察者在坐标时刻t2接收到这个光子。光源在坐标时刻t1'又发出一个光子,观察者在坐标时刻t2'接收到这个光子。在稳态时空中,我们可以得到以下关系: 应该注意的是,上面的时间是坐标时,而我们真实经历的时间是固有时。固有时和坐标时之间有以下关系: 因此,我们就可以利用坐标时与固有时之间关系,来求得两地之间固有时的关系,其中r1是太阳半径,r2是地球到太阳的距离: 由于两地得到的振动次数是一样的N1=N2,所以我们可以得到频率的关系: 引力红移是广义相对论所预测的一种效应,已被天文观测所证实。一般情况下,我们会使用红移的相对值来定义: 我们把有关太阳的参数带进去,可以得到相对红移的理论值为2.12x10^-6。 |
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为什么水星离地球很近,却是最难探访的行星
水手号探测器仅成功飞越水星3 次,而他们没有派出更多的探测器来研究这颗行星的原因是,只用火箭操纵这样一艘加速的飞船是一项具有挑战性的任务,太空探测器中放置的燃料越多,让一个燃料很少的探测器能够如此快速地到达水星。Chen-wan Yen的新路线不是直接向水星发送航天器,在该路径中航天器必须绕太阳运行约 15 圈才能到达水星的轨道。负责执行这项复杂任务的探测器将是信使号太空探测器。
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从粒子到场,物理学中最美的理论
这种关于确定性和可预测宇宙的观点随着相对论和量子力学的出现而被打破。粒子的精确位置也不再可测量。一个围绕氢原子质子运行的电子。只不过引力要替换成静电力。我们从麦克斯韦方程组中知道,电子不断变化的方向会产生加速度,电子并不会撞击原子核。我们的对象是一些完全不同的数学描述的波函数。粒子的位置在测量之前是未知的,在氢原子的量子力学模型中,电子并不像行星围绕恒星一样围绕原子核旋转。