相对论史上的里程碑事件

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相对论史上的里程碑事件

原创 科学万象 科学万象 2024 年 08 月 27 日 13:25 广东


图 1 闵氏时空中的光锥

1905 是爱因斯坦的奇迹之年，这一年他发表了关于狭义相对论、光电效应和布朗运动的论文。

1907 爱因斯坦开始寻找引力的相对论理论。


图 2 爱因斯坦场方程

1915 爱因斯坦发表了广义相对论。

1916 天文学家 Karl Schwarzschild（1873-1916）发表了爱因斯坦场方程的第一个精确解，该方程后来成为描述黑洞的基础。

1917 爱因斯坦首次将他的理论应用于整个宇宙，从而创立了相对论宇宙学领域。他将宇宙常数引入他的理论中，以实现静态宇宙。


图 3 由于太阳质量导致光线偏转

1919 天文学家 Arthur Eddington（1882-1944）率领的日食探险队证实了爱因斯坦的预测，即光线会因太阳的引力场而偏转，爱因斯坦因此闻名世界。

1927 比利时天文学家兼牧师 Georges Lema?tre（1894-1966）发现了（不含宇宙学常数的）爱因斯坦方程的非静态宇宙学解，其描述了一个膨胀的宇宙。基于这些解，他从理论上推导出哈勃定律，但仍有待实验证实。


图 4 哈勃定律

1929 美国天文学家 Edwin Hubble（1889-1953）发现了一条经验定律，即遥远的天体正在远离地球，远离的速度与天体与地球的距离成正比。哈勃定律被认为是宇宙膨胀的第一个实验证实。

1930 比利时物理学家 Leon Rosenfeld (1904–1974) 试图将 1925 年至 1927 年间发展起来的量子力学与广义相对论统一起来，“引力量子化”至今仍在进行中。


图 5 1955 年伯尔尼会议论文集

1955 在狭义相对论诞生 50 周年之际，作为爱因斯坦创立狭义相对论的发源地的伯尔尼大学决定组织一次大型国际会议来庆祝爱因斯坦的成就，这是有史以来第一次完全致力于相对论相关主题的国际会议。爱因斯坦原本计划参加此次会议，但他于 1955 年春天去世。

1957 来自多个国家的物理学家齐聚北卡罗来纳大学，讨论引力在物理学中的作用。会议分为两大主题：非量子化广义相对论和量子化广义相对论。由此拉开了一系列关于广义相对论的大型国际会议的序幕，这些会议一直持续到今天。


图 6 Joseph Weber 和引力波探测器

1960 美国物理学家 Joseph Weber (1919–2000) 报告探测到了引力波，这与广义相对论的预测一致。然而，他的研究结果无法重现，对引力波的探索一直持续到今天。


图 7 类星体 ULAS J1120+0641 的艺术图

1963 发现存在非常遥远且辐射强烈的天体的证据，这些天体被称为类星体。它们很快就与黑洞联系在一起，因此成为第一个只能借助广义相对论来描述的天体。同年 12 月举行的第一届德克萨斯引力天体物理学研讨会被认为是相对论天体物理学的开端。第一届德克萨斯引力天体物理学研讨会被认为是相对论天体物理学的开端。

1965 美国天文学家 Arno Penzias（生于 1933 年）和 Robert Wilson（生于 1936 年）发现了宇宙背景辐射，宇宙大爆炸假说提供了有力的证据。

1968 Gabriele Veneziano 撰写了一篇试图解释强相互作用的论文，但这篇论文标志着弦理论的开端，弦理论被认为是可能将广义相对论和量子力学统一起来的一种理论。

1974 美国天文学家 Russell Hulse （1950 年出生）和 Joseph Taylor（1941 年出生）发现了一个双星系统，该系统的能量损失只能用引力波的发射来解释。


图 8 霍金辐射的示意图

1974 英国物理学家斯蒂芬·霍金（1942 年出生）发表了一个引力量子理论，预测黑洞会发出一种被称为霍金辐射的辐射。

1998 对遥远超新星的观测得出结论：宇宙膨胀正在加速。这只能通过重新引入修改后的宇宙常数或暗能量才能在广义相对论的背景下得到解释。

2000 全球定位系统 (GPS) 开始用于民用。它的定位精度依赖于广义相对论所预测的时钟在地球引力场中变慢这一效应。

2002 发现证据证明我们的银河系中心存在一个黑洞。


图 9 LIGO 在测器上探测到的引力波以及与理论预测值的比较

2015 引力波首次被 LIGO 直接探测到。

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