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爱因斯坦,如“黑洞”一般的宝藏男孩

地理君 中国国家地理 2019-12-09

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你也被“黑洞”刷屏了吗?

北京时间4月10日晚9点许

人类史上第一张黑洞照片

揭开了神秘面纱


话不多言

先围观一下地理君朋友圈的黑洞


有人觉得黑洞像甜甜圈


有人说像蜂窝煤


生活经验很丰富的人觉得...


吃货觉得...


柠檬精现身


举双手同意


警察蜀黍的官宣


黑洞学说刚开始饱受质疑

随着一系列天文观测证据的出现

其事实基础逐渐坚实

此次观测又双叒叕一次证明了

爱因斯坦一百多年前提出的广义相对论


这是人类史上第一次

亲眼“见到”黑洞存在的直接证据


爱因斯坦

被公认为是继伽利略、牛顿以来

最伟大的物理学家


1999年12月26日

被美国《时代周刊》

评选为“世纪伟人




接着围观一下

“世纪伟人”养成记


年份

1879


· 出生于德国乌尔姆市

· 和父母一样,爱因斯坦是犹太裔。父亲是一名商人,母亲演奏钢琴造诣深厚。


1888

· 在中学接受教育(9岁)

· 弗里德曼是指导老师

1891

· 自学欧几里德几何和高等数学(12岁)


1892

· 开始读康德的著作(13岁)

1895

· 自学完微积分(16岁)

· 开始思考当人以光速运动时会看到什么

· 对经典理论的内在矛盾产生困惑


1905

· 获苏黎世大学哲学博士学位

· 提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖。

· 创立狭义相对论(26岁)

这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”

1910

· 完成关于临界乳光的论文(31岁)


1913

· 当选为普鲁士科学院院士(34岁)

1914年,第一次世界大战爆发。他虽身居战争的发源地,却坚决地表明了自己的反战态度。在战火连天的年代,并未停止推进科学发展的脚步,并参加了数次反战活动,加入多个反战组织。

1915

· 创立广义相对论(36岁)


1916

· 提出宇宙空间有限无界的假说(37岁)

1921

· 因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖(42岁)


1923

· 发现了康普顿效应,解决了光子概念中长期存在的矛盾。(44岁)

· 12月,第一次推测量子效应可能来自过度约束的广义相对论场方程。

1924

· 从统计涨落的分析中得出一个波和物质缔合的独立的论证(45岁)

· 现了玻色—爱因斯坦凝聚态



此后,爱因斯坦致力于反战、人权等人道主义事业,也多次出国访问或参与学术辩论、发表论文和演说。包括《非欧几里德几何和物理学》、《牛顿力学及其对理论物理学发展的影响》、《我的世界观》、《宗教和科学》、《物理学和实在》等。


除了大家熟知的上书罗斯福总统

建议美国抓紧原子能研究

防止德国抢先掌握原子弹

爱因斯坦在60岁以后(1939年以后)

曾连续发表一系列

关于原子战争和世界政府的言论

还建议把联合国改组为世界政府


在73岁的那一年(1952年)

以色列政府请他担任第2任总统

当然,他拒绝了


REC

1951年3月14日

爱因斯坦72岁生日时

摄影师请爱因斯坦对镜头笑一个

爱因斯坦却调皮的对镜头吐出舌头


1955年4月18日

爱因斯坦去世,享年76岁


而广义相对论

在他去世后一次次被证实

黑洞的拍摄

也让我们又一次感叹

爱因斯坦,如“黑洞”一般的宝藏男孩



广义相对论从未失败



掰弯宇宙


根据牛顿的万有引力理论,任何有质量的物体都存在引力,因此地球会围绕着比他重得多的太阳转。



而根据广义相对论,有质量的物体会弯曲时空。这种弯曲,影响了其他事物的运行,造成了“引力”的幻觉。


比如太阳周围的时空弯曲成蹦蹦床,跳床上的其他行星自然也会受影响。



可以说,爱因斯坦以一己之力,掰弯了宇宙啊!


当然了,由于相对论和我们的日常生活联系比较弱,所以当初爱因斯坦提出时,大部分人都不相信。。。因为他们感受不到。


直到1919年的一场日全食中,人们亲眼见到水星位置的偏差,才相信太阳的引力场弯曲了时空,爱因斯坦可能是对的。





时空的涟漪


上面我们已经说了,有质量的物体会造成时空扭曲,那跟引力又有何关系呢?


当两个物体接近,他们之间的时空可能发生爱的魔力转圈圈,也可能发生风吹麦浪的起伏。




总之,在遇见彼此的0.001秒,他们之间发生了时空扰动,以波的形式向外传播。


用王家卫一点的说法,就是“时空的涟漪”。而这个涟漪,就是我们所说的“引力场”。


可不要小看行星的春心萌动,比如两颗样貌平平的中子星,他们快速绕转产生的能量,足以让太阳睁不开眼睛!



太阳睁不开,但爱因斯坦却张开了他那双能透视宇宙的眼睛,1916年就预言了引力波的存在。


从此以后,一代代研究者想方设法打造设备,竞相成为第一个探测到它的人。100年过去了,人类才在2015年9月14日首次“听”到它穿越时空留下的涟漪。甚至,2017年诺贝尔物理学奖即授予为此作出主要贡献的人。




引力红移


根据爱因斯坦的广义相对论,光线在强引力场作用下会出现拉伸现象,波长变长,向红波方向偏移,这被称为引力红移效应。



质量越大的天体引力场越强,要想观测强烈的引力红移现象,那我们应该找谁?


对,就是黑洞,那个甜甜圈!


于是,德国的一个团队从1990年便开始观测一个超大质量黑洞——人马座A*,在持续观测了近30年后,终于在去年发现了梦寐以求的观测现象!


在人马座A*黑洞的强大引力作用下,周围的恒星S2发来的星光,产生了引力红移现象——光波被拉长了,光波频率变低了。



观测到引力红移,直接意味着爱因斯坦广义相对论又对了!




未被证实的猜想



连接两个遥远时空的虫洞


爱因斯坦的广义相对论认为宇宙的四维时空是可以弯曲的,虫洞就是一种极致的时空弯曲


如果将宇宙想象成一个平面,将它对折起来,两个点互相对称,这个时候我们只需要在两个点间建立一个通道,是不是就可以缩短距离更快的到达了呢?而这个通道就是所谓的“虫洞”。 



“虫洞”的概念最早于1916年由物理学家路德维希·弗莱姆提出,并于1935年由爱因斯坦及纳森·罗森加以完善,因此“虫洞”又称爱因斯坦-罗森桥


简单地说,“虫洞”就是连接宇宙遥远区域间的时空细管,是连结白洞和黑洞的多维空间隧道,就像是大海里面的漩涡,是无处不在但转瞬即逝的。


这些时空漩涡是由星体旋转和引力作用共同造成的。就像漩涡能够让局部水面跟水底离得更近一样,能够让两个相对距离很远的局部空间瞬间离得很近。



虫洞目前还是从物理方程出发,在数学意义上存在的概念。它们在宇宙里是否真的存在,还需要我们的观测结果来证实。



一生中最大的错误?


爱因斯坦在最初的引力场方程中,加入了一个宇宙学常数项,使得宇宙能处于定态,不过这个状态非常不稳定。


后来天文学家哈勃发现了宇宙膨胀效应,这个实验结果使得爱因斯坦放弃了宇宙常数,认为是他“科学上最大的失误”。



可是现代天文学家又发现,我们宇宙正处于加速膨胀,很可能就是宇宙学常数在捣鬼,目前科学界的主流解释为暗能量假说,或许会让宇宙学常数重获新生



人类最不愿验证的第四次世界大战


第二次世界大战时,爱因斯坦上书美国总统罗斯福,建议美国研究原子弹,以防止德国抢先研究出核武器。后来,爱因斯坦留下了他著名的一句话"我不知道第三次世界大战会用什么武器打仗,但是第四次世界大战,肯定会用棍子和石头"。



这句话看似是忽略第三次世界大战,但实际上却是在重点担忧一旦发生第三次世界大战,对人类造成的伤害肯定是异常惨烈的,甚至可能毁灭人类已经创造的种种文明,所以大家才会变得像原始人一样,只能用棍子和石头作战。


即便爱因斯坦暂时无法论证未知

但却是理论预测的擅长者

虽然已经去世

却凭借着种种对未来的预言

不断地在整个宇宙激起波澜


“未知”的魅力就在于

我们知道它触不可及

却可以想象和探索


话题

关于爱因斯坦,你有什么想说的?
留言区见


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编辑 / SALT、小涵、干脆面

图 /  网络、视觉中国


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