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广义相对论时空特性的几个验证性实验 引力场中光线的弯曲 光线在巨大的恒星（如太阳）附近的真空中，其轨迹会发生弯曲。其弯曲的偏转角为 则太阳引力场中光线弯曲的偏转角 ，而这只能在日全食的情况下从地球观测到。 1919年5月29日日全食之际，英国的两只远征船队对光线弯曲现象进行了观测，爱丁顿爵士测量的结果是 ，戴森测量的结果是 ，后来贝希鲁克测得的结果是 （1952年5月25日日全食时） 黑洞与临界半径 1939年奥本海墨预言黑洞的存在，它是广义相对论的又一个验证性实例——在一个密度非常巨大（即质量非常大、体积非常小）的星体附近，时空高度扭曲，以至于在某一临界半径之内，任何物体甚至电磁辐射（如光线）也不能从它的引力下逃逸出来。我们从星体表面附近逃逸出引力束缚的第二宇宙速度 可知： 使光线无法逃逸（ ）的临界半径是 爱因斯坦圆环 　 爱因斯坦圆环  图中是位于地球与另一个星系之间的黑洞。遥远星系发出的光线由于黑洞极强的引力场而发生弯曲，成为一个环状。这种现象被称为引力透镜。光线会在引力场作用下发生弯曲的理论是爱因斯坦在他的广义相对论中提出的。近几年来，随着天文观测技术的不断进步，已经发现了更多的引力透镜现象. 爱因斯坦与奥本海默 引力红移现象 引力红移：根据等效原理，处于引力场中的时钟等效于加速运动的时钟，它对引力场中光信号的测量存在所谓引力红移现象——由于引力作用发生的光线波长向长波方向移动的现象称为引力红移。1959年在地球首次测得，从太阳发出的光线，其谱线确实存在红移现象，且红移量值与广义相对论预言十分接近。 爱因斯坦引力场方程与宇宙模型 爱因斯坦根据他的引力场方程，得到了一个膨胀的宇宙模型，为了得到一个静态的宇宙模型，给其宇宙方程错误地加上了一个“宇宙常数”项（吸引项) .这成为爱因斯坦最大的遗憾和仅有的一次失误.他肯定了年轻的弗里德曼的宇宙模型——在大尺度上，宇宙是各向同性、均匀并不断膨胀着。 星云图 狭义相对论的若干检验性实验 运动质量与静止质量的相对论关系 这一关系得到实验的检验。特别是在环形加速器技术中得到应用。 宇宙射线中微观粒子的运动质量与其静止质量之间也符合上述关系。 原子核的聚变与裂变的实验，也证实了爱因斯坦质能互换与当量关系。 狭义相对论的检验性实验 对宇宙射线和核反应、粒子物理实验中微观粒子寿命的测量，证实了狭义相对论时间膨胀的效应。 光波的多谱勒效应是狭义相对论预言的现象之一，尤其是光波既有横向也有纵向多谱勒效应，而这在本质上不同于声波的多谱勒效应（声波只有纵向、没有横向多谱勒效应）。 对河外星系的谱线红移现象的测量，有力地证实了宇宙膨胀学说以及哈勃定律（1929年提出） 狭义相对论的两个前提 物理学相对性原理：物理学（力、电、声、光、热）相对性原理就是在某种时空座标变换下物理规律的不变性。即物理规律在所有的惯性系的表达都是一致的，没有一个特殊的“绝对参考性”。 光速不变原理：真空中光的传播是各向同性的，在不同的惯性参考系中所测得的光速是一样的。即：光速不依赖于观察者所在的惯性系，也不依赖于发光体对该惯性系的运动。 爱因斯坦－洛仑兹变换 从S系到 系的正变换： 洛仑兹变换的经典极限 低速极限下回到伽俐略变换 因此相对论力学在低速极限下回到经典力学 在洛仑兹变换下，麦克斯韦方程组满足变换不变性，但在伽俐略变换下，麦克斯韦方程面目全非。因此洛仑兹变换是满足物理学相对性原理的时空座标变换。 光速不变原理的等效表达 光速不变性也意味着时空间隔不变性，即 从时空间隔不变性与物理学相对性原理出发，同样可以推导出洛仑兹变换。 伽俐略变换意味着空间间隔不变与时间间隔不变。 爱因斯坦速度叠加公式（一维） 一维合成速度（相对速度与牵连速度） 可以证明，当 ， ，必有 结论一：相对论中任何实物粒子或信号的传播速度不可能超过光速 结论二：甲在自己的参考系里测量乙相对于丙的速度，可以超过光速，但甲测量任何物体相对于自己的速度，不可能超过光速。 相对论的若干重要现象 同时性的相对性：在一个惯性系中不同地点同时发生的两个事件，在另外一个惯性系观测，是不同时发生的。 长度测量的相对性：观测者测量运动物体的长度，与物体本身的静止长度（即固有长度）是不同的，存在所谓长度收缩效应，即