物理学史--相对论的建立与发展ppt课件.ppt

相对论的建立和发展相对论的建立和发展物理1101 第3组一一.历史背景历史背景二二.狭义相对论的建立狭义相对论的建立三三.广义相对论的建立广义相对论的建立四四.相对论的发展相对论的发展 相相对对论论是是现现代代物物理理学学的的重重要要基基石石。它它的的建建立立是是2020世世纪纪自自然然科科学学最最伟伟大大的的发发现现之之一一，对对物物理理学学、天天文学乃至哲学思想都有深远影响。文学乃至哲学思想都有深远影响。相相对对论论是是科科学学技技术术发发展展到到一一定定阶阶段段的的必必然然产产物物，是是电电磁磁理理论论合合乎乎逻逻辑辑的的继继续续和和发发展展，是是物物理理学学各各有有关分支又一次综合的结果。关分支又一次综合的结果。一一.历史背景历史背景1.1 “1.1 “以太漂移以太漂移”的探索的探索 以以太太观观念念的的提提出出可可以以追追溯溯到到古古希希腊腊时时代代，亚亚里里士士多多德德认认为为天天体体间间一一定定充充满满着着某某种种媒媒质质。笛笛卡卡儿儿16441644年年发发表表的的哲哲学学原原理理中中就就引引用用了了以以太太的的观观念念。他他认认为为“虚虚空空”是是不不存存在在的的，整整个个宇宙充满着一种特殊的易动物质宇宙充满着一种特殊的易动物质以太。以太。在在光光的的微微粒粒说说占占上上风风的的年年代代，以以太太理理论论曾曾受受到到压压制制。18001800年年以以后后，由由于于波波动动说说成成功功地地解解释释了了干干涉涉、衍衍射射和和偏偏振振等等现现象象，以以太太学学说说重重新新抬抬头头。波波动动说说的的支支持持者者把把以以太太看看成成无无所所不不在在、绝绝对静止、极其稀薄的刚性对静止、极其稀薄的刚性“物质物质”。但但是是，直直到到1919世世纪纪还还没没有有一一个个实实验验能能直直接接证证明明以以太太的的存存在在。以以太太漂漂移移实实验验给给出出了了否否定定结结果果。这这些些结结果果促促使使人人们们对对以以太太和和绝绝对坐标系的存在产生怀疑。对坐标系的存在产生怀疑。1.2 收缩假说的提出收缩假说的提出 迈迈克克耳耳逊逊-默默雷雷实实验验的的零零结结果果发发表表后后，爱爱尔尔兰兰物物理理学学家家费费兹兹杰杰惹惹立立即即进进行行了了思思考考。18891889年年，他他向向英英国国科科学学杂杂志志投投稿稿，写写到到：“唯唯一一可可能能协协调调这这中中对对立立的的假假说说就就是是要要假假设设物物体体的的长长度度回回发发生生变变化化，其其改改变变量量跟跟穿穿过过以以太太的的速速度度与与光光速速之之比比的平方成正比。的平方成正比。”然然而而，由由于于科科学学杂杂志志不不久久就就停停刊刊了了，这这篇篇稿稿件件虽虽然然发发表表但但却却鲜鲜为为人人知知，连连费费兹兹杰杰惹惹本本人人也也不不知知道道这这篇篇稿稿件件是是否否问问世世。两两年年后后，费费兹兹杰杰惹惹去去世世，只只是是由由于于他他的的学学生生特特劳劳顿顿多多次次提提到到他他的的工工作作，人人们们才才知知道道他他比比洛洛伦伦兹兹更更早早就就提提出出了了收收缩缩假假说。说。18921892年，荷兰物理学家洛伦兹在年，荷兰物理学家洛伦兹在论地球对以太的相对运论地球对以太的相对运动动中独立地提出了收缩假说，并给出了严格的定量关系。中独立地提出了收缩假说，并给出了严格的定量关系。二二.狭义相对论的建立狭义相对论的建立 爱爱因因斯斯坦坦（公公元元1879187919551955年年）出出生生于于德德国国，有有犹犹太太血血统统，是是2020世世纪纪最最伟伟大大的的物物理理学学家家。爱爱因因斯斯坦坦从从小小就就是是一一个个奇奇怪怪的的孩孩子子。他他酷酷爱爱音音乐乐，6 6岁岁时时学学习习小小提提琴琴，1414岁岁时时已已能能登登台台演演出出。但但上上学学时时，教教师师说说他他智智力力迟迟钝钝，除除数数学学外外，历历史史、地地理理和和语语言言成成绩绩都都很很差差，以以致致遭遭退退学学处处分分。他他的的教教育育主主要靠家庭和自学。要靠家庭和自学。2.1 2.1 爱因斯坦生平爱因斯坦生平 早早在在1616岁岁（18951895年年）时时，爱爱因因斯斯坦坦就就开开始始思思考考这这样样一一个个问问题题：“如如果果我我以以速速度度c c（真真空空中中的的光光速速）追追随随光光线线运运动动，我我应应当当看看到到这这样样一一条条光光线线就就好好象象一一个个在在空空中中振振荡荡着着而而停停滞滞不不前前的的电电磁磁场场。可可是是无无论论是是依依据据经经验验，还还是是按按照照麦麦克克斯斯韦韦方方程程，看看来来都都不不会会有有这这样样的的事事情情。”这这是是一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。一个悖论，实际上包含了狭义相对论的萌芽。不不久久爱爱因因斯斯坦坦得得知知迈迈克克耳耳孙孙-莫莫雷雷实实验验的的零零结结果果。他他由由此此认认识识到到，地地球球相相对对于于以以太太的的运运动动是是不不能能用用任任何何仪仪器器测测量量的的。他他曾曾回回忆忆说说：“这这是引导我走向狭义相对论的第一步。是引导我走向狭义相对论的第一步。”后后来来，爱爱因因斯斯坦坦读读到到了了洛洛仑仑兹兹18951895年年的的论论文文，对对洛洛仑仑兹兹方方程程发发生生了了兴兴趣趣。他他试试图图用用洛洛仑仑兹兹方方程程讨讨论论斐斐索索的的流流水水中中光光速速实实验验。当当时时他他坚坚信信麦麦克克斯斯韦韦和和洛洛仑仑兹兹电电动动力力学学方方程程是是正正确确的的，但但是是进进一一步步推推算算，发发现现要要保保持持这这些些方方程程对对动动体体参参照照系系同同样样有有效效，必必然然导导致致光光速速不不变变性性的的概概念念，而光速的不变性明显地与力学的速度合成法则相抵触。而光速的不变性明显地与力学的速度合成法则相抵触。2.2 2.2 爱因斯坦建立狭义相对论的过程爱因斯坦建立狭义相对论的过程 经经过过十十年年的的思思考考，终终于于在在19051905年年的的一一天天，他他突突然然找找到到了了解解决决问问题题的的关关键键。“是是我我在在伯伯尔尔尼尼的的朋朋友友贝贝索索偶偶然然间间帮帮我我摆摆脱脱了了困困境境。那那是是一一个个睛睛朗朗的的日日子子，我我带带着着这这个个问问题题访访问问了了他他，我我们们讨讨论论了了这这个个问问题题的的每每一一个个细细节节。忽忽然然我我领领悟悟到到这这个个问问题题的的症症结结所所在在。这这个个问问题题的的答答案案来来自自对对时时间间概概念念的的分分析析，不不可可能能绝绝对对地地确确定定时时间间，在在时时间间和和信信号号速速度度之之间间有有着着不不可可分分割割的的联联系系。利利用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。用这一新概念，我第一次彻底地解决了这个难题。”不不出出五五个个星星期期，（19051905年年6 6月月），爱爱因因斯斯坦坦就就写写好好了了那那篇篇历历史史性性文文献献论论动动体体的的电电动动力力学学，19051905年年9 9月月发发表表在在著著名名的的德德文文杂杂志志物物理理学学年年鉴鉴上上。在在这这篇篇论论文文中中，爱爱因因斯斯坦坦十十分分果果断断地地把把相相对对性性原原理理和和光光速速不不变变原原理理这这两两条条看看起起来来似似乎乎矛矛盾盾的的设设想想放放在一起作为基本出发点。在一起作为基本出发点。爱爱因因斯斯坦坦明明确确指指出出：在在他他的的理理论论里里，以以太太的的概概念念将将是是多多余余的的，因因为为这这里里不不需需要要特特设设的的绝绝对对静静止止参参照照系系。爱爱因因斯斯坦坦不不是是象象洛洛仑仑兹兹那那样样，事事先先假假设设某某种种时时空空变变换换关关系系，而而是是以以这这两两个个公公设设为为出出发发点点，推推导导出出时时空空变变换换关关系系。他他非非常常简简洁洁地地建建立立了了一一系系列列新新的的时时空空变变换换公公式式之之后后，立立即即推推导导出出了了运运动动物物体体的的“长长度度收收缩缩”、运运动动时时间间的的“时时钟钟变变慢慢”、同同时时性性的的相相对对性性以以及新的速度合成法则等等，由此形成一套崭新的时空观。及新的速度合成法则等等，由此形成一套崭新的时空观。由由于于人人们们的的思思想想长长期期受受到到传传统统观观念念的的束束缚缚，一一时时难难于于接接受受崭崭新新的的时时空空观观，爱爱因因斯斯坦坦的的论论文文发发表表后后，在在相相当当长长的的一一段段时时间间内受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。内受到冷遇，被人们怀疑甚至遭到反对。在在法法国国，直直到到19101910年年几几乎乎没没有有人人提提到到爱爱因因斯斯坦坦的的相相对对论论。在在实实用用主主义义盛盛行行的的美美国国，最最初初十十几几年年中中也也没没有有得得到到认认真真对对待待。迈迈克克耳耳孙孙至至死死（19311931年年）还还念念念念不不忘忘“可可爱爱的的以以太太”，认认为为相相对对论论是是一一个个怪怪物物。英英国国也也不不例例外外，在在人人们们的的头头脑脑里里以以太太的的观观念念太太深深了了，相相对对论论彻彻底底否否定定以以太太的的必必要要性性，被被人人们们看看成成是是不不可可思思议议的的事事。当当时时甚甚至至掀掀起起了了一一场场“保保卫卫以以太太”的的运运动动。J.J.J.J.汤汤姆姆逊逊在在19091909年年宣宣称称：“以以太太并并不不是是思思辨辨哲哲学学家家异异想想天天开开的的创创造造，对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少对我们来说，就象我们呼吸空气一样不可缺少”。2.3 2.3 狭义相对论被承认和接受的过程狭义相对论被承认和接受的过程 19111911年年美美国国科科学学协协会会主主席席马马吉吉（M.F.MagieM.F.Magie）说说：“我我相相信信，现现在在没没有有任任何何一一个个活活着着的的人人真真的的会会断断言言，他他能能够够想想象象出出时时间间是是速速度度的的函函数数。”被被爱爱因因斯斯坦坦誉誉为为相相对对论论先先驱驱的的马马赫赫，竟竟声声明明自自己己与与相相对对论论没没有有关关系系，“不不承承认认相相对对论论”。有有一一位位科科学学史史家家叫叫惠惠特特克克（S.E.WhittakerS.E.Whittaker）在在写写相相对对论论的的历历史史时时，竟竟把把相相对对论论的的创创始始人人归归于于彭彭加加勒勒和和洛洛仑仑兹兹，认认为为爱爱因因斯斯坦坦只只是是对对彭彭加加勒勒和和洛仑兹的相对论加了一些补充。洛仑兹的相对论加了一些补充。爱爱因因斯斯坦坦是是19221922年年获获诺诺贝贝尔尔物物理理奖奖的的。不不过过不不是是由由于于他他建建立立了了相相对对论论，而而是是“为为了了他他的的理理论论物物理理学学研研究究，特特别别是是光光电电效效应应定定律律的的 发发 现现”。诺诺 贝贝尔尔 物物理理奖奖 委委员员会会 主主席席奥奥利利 维维亚亚（AurivillusAurivillus）为为此此专专门门写写信信给给爱爱因因斯斯坦坦，指指明明他他获获奖奖的的原原因因不不是是基基于于相相对对论论，并并在在授授奖奖典典礼礼上上解解释释说说：因因为为有有些些结结论论目目前前还正在经受严格的验证。还正在经受严格的验证。爱爱因因斯斯坦坦的的论论文文发发表表后后，在在相相当当长长的的一一段段时时间间内内受受到到冷冷遇遇，被被人人们们怀怀疑疑甚至遭到反对。甚至遭到反对。普普朗朗克克和和闵闵可可夫夫斯斯基基（H.MinkowskiH.Minkowski）可可以以说说是是支支持持相相对对论论的的代代表表。正正是是普普朗朗克克，当当时时作作为为物物理理学学年年鉴鉴的的主主编编，认认识识到到爱爱因因斯斯坦坦所所投投论论文文的的价价值值，及及时时地地予予以以发发表表。所所以以人人们们常常说说，普普朗朗克克有有两两大大发发现现，一一是是发发现现了了作作用用量量子子，二二是是发发现现了了爱爱因因斯斯坦坦。他他的的学学生生劳劳厄厄在在19111911年年就就致致力力于于宣宣传传相相对对论论，大大概概也也是是受受了了他他的的影影响响。闵闵可可夫夫斯斯基基本本是是爱爱因因斯斯坦坦的的老老师师，19081908年年发发表表空空间间与与时时间间一一文文，把把空空时时-时时间间合合并并成成四四维维空空间间，重重新新处处理理了了相相对对论论的的基基本本方方程程，把把洛洛仑仑兹兹变变换换看看成成是是空空间间-时时间间四四维维坐坐标标的的变变换换。这这样样就就可可以以使使相相对对论论的的规规律律以以更更加加简简洁洁的的形形式式表表达出来。达出来。爱爱因因斯斯坦坦在在19071907年年写写文文章章表表示示，相相信信狭狭义义相相对对论论是是经经得得起起考考验验的的。果果然然，一一年年后后布布雪雪勒勒（A.H.BuchererA.H.Bucherer）用用改改进进了了的的方方法法测测电电子子质质量量，得得到到的的结结果果与与洛洛仑仑兹兹-爱爱因因斯斯坦坦公公式式符符合合甚甚好好。以以后后许许多多实实验验都都证证明明，狭狭义义相相对对论论的的结结果果是是正正确确的的。可可是是，观观念念的的改改变变不不是是一一朝朝一一夕夕之之事事。19111911年年索索尔尔威威会会议议召召开开，由由于于爱爱因因斯斯坦坦在在固固体体比比热热的的研研究究上上有有一一定定影影响响，人人们们才才注注意意到到他他在在狭狭义义相相对对论论方方面面的的工工作作。只只是是到到了了19191919年年，爱爱因因斯斯坦坦的的广广义义相相对对论论得得到到了了日日全全食食观观测测的的证证实实，他他成成为为公公众众瞩瞩目目的的人人物物，狭狭义义相相对论才开始受到应有的重视。对论才开始受到应有的重视。三三.广义相对论的建立广义相对论的建立 狭狭义义相相对对论论建建立立以以后后，爱爱因因斯斯坦坦并并没没有有止止步步。他他认认为为狭狭义义相相对对论论还还有有许许多多问问题题没没有有解解决决。例例如如：为为什什么么惯惯性性坐坐标标系系在在物物理理学学中中比比其其他他坐坐标标系系更更为为优优越越？为为什什么么惯惯性性质质量量随随能能量量变变化化？为为什什么么一一切切物物体体在在引引力力场场中中下下落落都都具具有有同同样样的的加加速速度度？刚刚刚刚经经受受住住考考验验的的狭狭义义相相对对论论，为为什什么么一一用用到到引引力力场场中中就就遇遇到到了了矛矛盾盾？爱爱因因斯斯坦坦感感到到极极大大的的疑疑惑惑。经经过过一一段段时时间间的的尝尝试试，爱爱因因斯斯坦坦在在19071907年年认认识识到到，“在在狭狭义义相相对对论论的的框框子子里里，是是不不可可能能有有令令人人满意的引力理论的。满意的引力理论的。”3.1 3.1 广义相对论的建立过程广义相对论的建立过程 19071907年年，爱爱因因斯斯坦坦发发表表第第一一篇篇有有关关广广义义相相对对论论的的论论文文：关关于于相相对对论论原原理理和和由由此此得得出出的的结结论论，文文中中首首次次提提出出等等价价原原理理（等等效效原原理理）的的假假设设，即即：“引引力力场场同同参参照照系系的的相相当当的的加加速速度度在在物物理理上上完完全全等等价价。”文文中中还还提提出出了了另另一一条条基基本本原原理理，即即广广义义相相对对性性原原理理，他他设设想想，相相对对性性运运动动原原理理对对于于相相互互作作加加速速运运动动的的参参照照系系也也依依然然成成立立，他他假假设设可可以以用用一一个个均均匀匀加加速速的的参参照照系系来来代代替均匀引力场。替均匀引力场。爱爱因因斯斯坦坦研研究究广广义义相相对对论论，经经历历了了一一个个比比建建立立狭狭义义相相对对论论还还更更漫漫长长的的探探索索道道路路。从从19071907年年到到19161916年年的的九九年年时时间间，爱爱因因斯斯坦坦先先后后发发表表了了好好几几篇篇论论文文，使使广广义义相相对对论论逐逐步步完完备备。他他遇遇到到的的主要困难是缺乏合适的数学工具。主要困难是缺乏合适的数学工具。19131913年年，爱爱因因斯斯坦坦与与格格罗罗斯斯曼曼(M.GrossmannM.Grossmann)合合作作，建建立立了了引引力力的的度度规规场场理理论论，他他们们联联名名发发表表了了广广义义相相对对论论和和引引力力论论，系系统统地地论论述述了了广广义义相相对对论论的的物物理理原原理理和和数数学学方方法法。他他们们引引入入了了黎曼张量，把平直空间的张量运算推广到弯曲的黎曼空间。黎曼张量，把平直空间的张量运算推广到弯曲的黎曼空间。19151915年年，爱爱因因斯斯坦坦连连续续发发表表了了几几篇篇有有关关广广义义相相对对论论的的论论文文。其其中中用用广广义义相相对对论论解解释释水水星星近近日日点点运运动动第第一一次次用用广广义义相相对对论论计计算算出出了了水水星星的的剩剩余余进进动动，并并且且声声明明：“在在本本文文中中我我找找到到了了这这种种最最彻彻底底和和最最完完全全的的相相对对论论的的一一个个重重要要证证明明。”同同年年发发表表了了引力的场方程引力的场方程，提出了广义相对论引力场方程的完整形式。，提出了广义相对论引力场方程的完整形式。19161916年年，爱爱因因斯斯坦坦发发表表了了广广义义相相对对论论的的基基础础，对对广广义义相相对对论论的的研研究究作作了了全全面面的的总总结结。在在论论文文中中，爱爱因因斯斯坦坦证证明明了了牛牛顿顿理理论论可可以以作作为为相相对对论论引引力力理理论论的的第第一一级级近近似似，并并且且给给出出了了谱谱线线红移，光线弯曲，行星轨道近日点进动的理论预言。红移，光线弯曲，行星轨道近日点进动的理论预言。在在广广义义相相对对论论建建立立之之初初，爱爱因因斯斯坦坦提提出出了了三三项项实实验验检检验验，一一是是水水星星近近日日点点的的进进动动，二二是是光光线线在在引引力力场场中中的的弯弯曲曲，三三是是光光谱谱线线的的引引力力红红移移。其其中中只只有有水水星星近近日日点点进进动动是是已已经经确确认认的的事事实实，其其余余两两项项只只是是后后来来才才陆陆续续得得到到证证实实。6060年年代代以以后后，又又有有人人提提出出观测雷达回波延迟、引力波等方案。观测雷达回波延迟、引力波等方案。3.2.1 3.2.1 水星近日点的进动水星近日点的进动 18591859年年，天天文文学学家家勒勒维维利利埃埃（Le Le VerrierVerrier）发发现现水水星星近近日日点点进进动动的的观观测测值值，比比根根据据牛牛顿顿定定律律计计算算的的理理论论值值每每百百年年快快3838角角秒秒。18821882年年，纽纽康康姆姆（S.NewcombS.Newcomb）经经过过重重新新计计算算，得得出出水水星星近日点的多余进动值为每百年近日点的多余进动值为每百年4343角秒。角秒。3.2 3.2 广义相对论的验证广义相对论的验证 19151915年年，爱爱因因斯斯坦坦根根据据广广义义相相对对论论把把行行星星的的绕绕日日运运动动看看成成是是它它在在太太阳阳引引力力场场中中的的运运动动，由由于于太太阳阳的的质质量量造造成成周周围围空空间间发发生弯曲，使行星每公转一周近日点进动为：生弯曲，使行星每公转一周近日点进动为：其其中中为为行行星星的的长长半半轴轴，c c为为光光速速，以以cm/scm/s表表示示，e e为为偏偏心心率率，T T为为公公转转周周期期。对对于于水水星星，计计算算出出=43/=43/百百年年，正正好好与与纽纽康康姆姆的的结结果果相相符符，一一举举解解决决了了牛牛顿顿引引力力理理论论多多年年未未解解决决的的悬悬案案。这个结果当时成了广义相对论最有力的一个证据。这个结果当时成了广义相对论最有力的一个证据。3.2.2 3.2.2 光线在引力场中的弯曲光线在引力场中的弯曲 19111911年年爱爱因因斯斯坦坦在在引引力力对对光光传传播播的的影影响响一一文文中中讨讨论论了了光光线线经经过过太太阳阳附附近近时时由由于于太太阳阳引引力力的的作作用用会会产产生生弯弯曲曲。他他推推算算出出偏偏角角为为0.83(0.83(其其实实该该结结果果有有误误,因因为为爱爱因因斯斯坦坦当当时时只只考考虑虑到到等等价价原原理理而而没没有有考考虑虑到到太太阳阳质质量量导导致致的的空空间间几几何何形形变变，计计算算结结果小了一半。果小了一半。)，并且指出这一现象可以在日全食进行观测。，并且指出这一现象可以在日全食进行观测。19191919年年日日全全食食期期间间，英英国国皇皇家家学学会会和和英英国国皇皇家家天天文文学学会会派派出出了了由由爱爱丁丁顿顿（A.S.FEddingtonA.S.FEddington）等等人人率率领领的的两两支支观观测测队队分分赴赴西西非非几几内内亚亚湾湾的的普普林林西西比比岛岛（PrincipePrincipe）和和巴巴西西的的索索布布腊腊儿儿尔尔（SobralSobral）两两地地观观测测。经经过过比比较较，两两地地的的观观测测结结果果分分别别为为1.610.301.610.30和和1.980.121.980.12。把把当当时时测测到到的的偏偏角角数数据据跟跟爱爱因因斯坦的理论预期比较，基本相符。斯坦的理论预期比较，基本相符。通通常常物物体体的的引引力力场场都都太太弱弱，2020世世纪纪只只能能观观测测到到太太阳阳引引力力场场引起的光线弯曲引起的光线弯曲太阳太阳太阳太阳由由于于太太阳阳引引力力场场的的作作用用，我我们们有有可可能能观观测测到到太太阳阳后后面面的的恒恒星星，最最好好的的观观测测时时间间是是发发生生日日全全食食的的时候时候 19191919年年5 5月月2929日日，发发生生日日全全食食，英英国国考考察察队队分分赴赴几几内内亚亚湾湾和和巴巴西西进进行行观观测测，证证实实了了爱爱因因斯斯坦坦的的预预言言，这这是是对对相相对对论论的的最最早早证实。证实。恒星恒星太阳太阳月亮月亮地球地球星体星体无法观测黑黑洞洞 光光线线在在引引力力场场中中弯弯曲曲的的一一个个必必然然推推论论是是引引力力透透镜镜问问题题。早早在在19201920年年爱爱丁丁顿顿就就提提出出引引力力透透镜镜效效应应可可作作为为广广义义相相对对论论的的一一种种检验；检验；星星球球的的强强引引力力场场能能使使背背后后传传来来的的光光线线汇汇聚聚，这这种种现现象叫做引力透镜效应。象叫做引力透镜效应。3.2.3 3.2.3 光谱线的引力红移光谱线的引力红移 广广义义相相对对论论指指出出，在在强强引引力力场场中中时时钟钟要要走走得得慢慢些些，因因此此从从巨巨大大质质量量的的星星体体表表面面发发射射到到地地球球上上的的光光线线，会会向向光光谱谱的的红红端端移移动动。爱爱因因斯斯坦坦19111911年年在在引引力力对对光光传传播播的的影影响响一一文文中中就就讨讨论论了了这这个个问问题题。他他以以表表示示太太阳阳表表面面与与地地球球之之间间的的引引力力势势差差，v v0 0、v v分别表示光线在太阳表面和到达地球时的频率，得：分别表示光线在太阳表面和到达地球时的频率，得：爱爱因因斯斯坦坦指指出出，这这一一结结果果与与法法布布里里（C.Fabry）等等人人的的观观测测相符，而法布里当时还以为是其它原因的影响。相符，而法布里当时还以为是其它原因的影响。3.2.4 3.2.4 雷达回波延迟雷达回波延迟 光光线线经经过过大大质质量量物物体体附附近近的的弯弯曲曲现现象象可可以以看看成成是是一一种种折折射射，相相当当于于光光速速减减慢慢，因因此此从从空空间间某某一一点点发发出出的的信信号号，如如果果途途经经太太阳阳附附近近，到到达达地地球球的的时时间间将将有有所所延延迟迟。19641964年年，夏夏皮皮罗罗（I.I.ShapiroI.I.Shapiro）首首先先提提出出这这个个建建议议。他他的的小小组组先先后后对对水水星星、金金星星与与火火星星进进行行了了雷雷达达实实验验，证证明明雷雷达达回回波波确确有有延延迟迟现现象象。近近年年来来开开始始有有人人用用人人造造天天体体作作为为反反射射靶靶，实实验验精精度度有有所所改改善善。这这类实验所得结果与广义相对论理论值比较，相差大约类实验所得结果与广义相对论理论值比较，相差大约1%1%。四、相对论的进展四、相对论的进展 现代宇宙学现代宇宙学 黑洞黑洞 奇性定理奇性定理 规范场规范场 时空隧道与时间机器时空隧道与时间机器现代宇宙学现代宇宙学爱因斯坦：有限，无边的静态宇宙模型爱因斯坦：有限，无边的静态宇宙模型加入宇宙项加入宇宙项 （宇宙项）暗物质与暗能量暗物质与暗能量物质亮星暗物质暗能量重子热暗物质(中微子)冷暗物质起源于动力学暗能量广义相对论在宇观尺度失效0.5%4%0.3%29%65%黑洞黑洞r(视界）r=0奇点 t r洞外洞外 时间时间 空间空间洞内洞内 空间空间 时间时间信息疑难信息疑难2004年年7月月21日日,霍金霍金 “我输了我输了”霍金霍金(S.W.Hawking)索恩索恩(Kip.Throne)普瑞斯基普瑞斯基(John Preskill)奇性疑难奇性疑难彭若斯与霍金的奇性定理彭若斯与霍金的奇性定理:时间一定有开始和结束时间一定有开始和结束 规范场：规范场：1、爱因斯坦统一场论的思想、爱因斯坦统一场论的思想2、魏尔（、魏尔（H.Weyl）的尺度变换理论的尺度变换理论 规范场规范场3、爱因斯坦的反对意见、爱因斯坦的反对意见4、福克与伦敦对魏尔理论的修正、福克与伦敦对魏尔理论的修正5、杨振宁对规范场的贡献、杨振宁对规范场的贡献6、引力规范理论、引力规范理论宇宙中的虫洞（宇宙中的虫洞（穿越虫洞穿越虫洞-摩根费里曼摩根费里曼）时空隧道与时间机器时空隧道与时间机器