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广义相对论的实验验证 - 维基百科,自由的百科全书 とべ转到内容ないよう

广义しょう对论てき实验验证

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1915ねん廣義こうぎ相對そうたいろん最初さいしょ發表はっぴょうときなみぼつゆういた穩固てき實驗じっけん證據しょうこ支持しじやめ知道ともみちてき它正かく解釋かいしゃくりょう水星すいせい近日きんじつてんてきはんつねすすむどうなみ且在哲學てつがくそうめん,它令じん滿まん意地いじ結合けつごうりょうもぐさ薩克·うしとみてき萬有引力ばんゆういんりょく定律ていりつおもねしかはくとく·あいいん斯坦てき狹義きょうぎ相對そうたいろん。1919ねん光波こうはざい引力いんりょくじょうなかてき軌跡きせき發現はつげん乎會彎曲わんきょくせい廣義こうぎ相對そうたいろんしょあずかはかただし一直要等到1959ねん,一系列精確度實驗才開始進行,したがえ而準かく地檢ちけんけんりょう許多きょた廣義こうぎ相對そうたいろんざいじゃく引力いんりょくじょう極限きょくげんちゅうてきあずかはかなみだいだいくだていりょう理論りろん現實げんじつ偏差へんさてき可能かのうせい。1974ねんおこりひしげふさがしか·赫爾斯やく瑟夫·たいとうひと研究けんきゅうみゃくおきそうほしてき物理ぶつり行為こうい,其所受到てき引力いんりょくざい太陽系たいようけいちゅうようだいとく無論むろん太陽系たいようけいちゅうてきじゃく引力いんりょくじょう極限きょくげんあるみゃく衝星系統けいとうちゅうさら強的ごうてき引力いんりょくじょう廣義こうぎ相對そうたいろんてきあずかはかやめゆう相當そうとう優良ゆうりょうてき實驗じっけん證據しょうこ

古典こてん實驗じっけん

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あいいん斯坦ざい1916ねん提出ていしゅつりょう三個檢驗廣義相對論的實驗,後來こうらいしょうさく古典こてん廣義こうぎ相對そうたいろん實驗じっけん”:[1]

  1. 水星すいせい軌道きどう近日きんじつてんてきしんどう
  2. 光波こうはざい太陽たいよう附近ふきんてきへんおり
  3. 光波こうはてき重力じゅうりょくべにうつり

水星すいせい軌道きどう近日きんじつてんてきしんどう

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2006ねん11月8にち發生はっせいてき水星すいせいしのげ画面がめん中部ちゅうぶへんてきしょう黑点こくてん水星すいせいひだり边较だいてき一个黑点和右边的两个黑点是ふとし黑子ぼくろ

ざいうしひたぶる物理ぶつりちゅう,一個獨立天體圍繞一個帶質量球體公轉時,這二体系統會描繪出一個橢圓だえんおび質量しつりょう球體きゅうたい於橢えんてき焦點しょうてん兩個りゃんこ天體てんたいさい接近せっきんてきいちてんためきんしんてん圍繞いじょう太陽たいようてききんしんてんため近日きんじつてん),其位置いち固定こていざい太陽系たいようけい中有ちゅうう若干じゃっかんこうおうしるべくだりぼしてき近日きんじつてんゆうしんどう圍繞いじょうちょ太陽たいよう公轉こうてん。這主よういんためぎょうほし不斷ふだんたい他行たぎょうぼし進行しんこう軌道きどうじょうてき攝動せつどう。另一個效應是因爲太陽的ひらた橢球形狀けいじょうただし這只造成ぞうせい很小てき影響えいきょう

水星すいせいてき實際じっさい軌跡きせき和牛わぎゅうひたぶる動力どうりょくがくしょあずかはかてきゆうしょ偏差へんさ水星すいせい軌道きどう近日きんじつてんてきはんつねすすむどうりつさいさき於1859ねんゆかり于尔はん·勒威耶ざいいち天體てんたい力學りきがく問題もんだいちゅう發現はつげん分析ぶんせきりょうしたがえ1697ねんいたり1848ねんてき水星すいせいしのげてき時間じかんろくなみ發現はつげんけい算出さんしゅつてきしんどうごと100回歸かいきねん便びんかい和牛わぎゅうひたぶる理論りろんあずかはかてき相差おうさつ38びょうこれおもしん估計ため43びょう)。[2]解釋かいしゃく這偏てき一些論述通常都會帶來更多的問題,最終さいしゅう不能ふのう學術がくじゅつかい接受せつじゅ廣義こうぎ相對そうたいろんちゅう引力いんりょくよし時空じくうてき彎曲わんきょく造成ぞうせいてき。這機せいのう解釋かいしゃく橢圓だえんがた軌道きどうため甚麼いんもかいざい軌道きどう平面へいめんじょう改變かいへんこうしたがえ造成ぞうせい近日きんじつてんてきしんどうあいいん斯坦證明しょうめいりょう廣義こうぎ相對そうたいろん[1]あずかはかだしてきすう值完ぜん符合ふごう觀測かんそく所得しょとくてき近日きんじつてんうつりすう值。這個有力ゆうりょくてき證據しょうこ促使りょう廣義こうぎ相對そうたいろん學術がくじゅつかい接受せつじゅ

過去かこたいぎょうほし軌道きどうてき測量そくりょうよう傳統でんとう望遠鏡ぼうえんきょう進行しんこうてきこんてんようかみなりたちのう夠給さらじゅんかくてき測量そくりょう水星すいせいてきそう共進きょうしんどうりつためごと100ねん574.10±0.65びょう[3]參照さんしょうけいため國際こくさい天球てんきゅう參照さんしょうけい(International Celestial Reference Frame)。すすむどうゆう以下いかいくらいげん

水星すいせい近日きんじつてんしん動的どうてきげん
程度ていどびょうごと100儒略ねん 原因げんいん
531.63 ±0.69[3] ぎょうほしてき引力いんりょく牽扯
0.0254 太陽たいようてきひらた橢球形狀けいじょう四極よんきょくのり
42.98 ±0.04[4][5] 廣義こうぎ相對そうたいろん
574.64±0.69 總進そうしんどう
574.10±0.65[3] 觀測かんそく

42.98"てき修正しゅうせい利用りようこううしひたぶる形式けいしきろんさんすう(post-Newtonian formalism parameter)ためどきしょあずかはかてき3/2ばい[6]

いん此這こうおうかん全能ぜんのう夠由廣義こうぎ相對そうたいろんらい解釋かいしゃくこん根據こんきょさら精確せいかく測量そくりょう進行しんこうてき計算けいさん也沒ゆう動搖どうよういちてん

他行たぎょうぼし也會てい近日きんじつてんしんどうただしよし距離きょり太陽たいようさらとお公轉こうてんしゅう也較ちょう,其進どうりつ較低,ざい水星すいせいしんどう實驗じっけんこう很久,さい實驗じっけんじゅんかくかん察到。れい如,廣義こうぎ相對そうたいろんしょ造成ぞうせいてき地球ちきゅう軌道きどう近日きんじつてんうつりためごと100ねん3.84びょう金星きんぼしてきのりため8.62びょう兩者りょうしゃひとしあずか實驗じっけん觀測かんそくしょう[7]みゃく衝雙ぼし系統けいとうてききん拱點うつりやめ測量そくりょう,其中PSR 1913+16每年まいとししんどう4.2º。[8]這些すうよりどころ符合ふごう廣義こうぎ相對そうたいろん[9]ざいちょう高密度こうみつど恆星こうせいてきそうぼし系統けいとうちゅう也能夠測量そくりょうきん拱點うつりしか而,這些情況じょうきょうちゅうてき古典こてん力學りきがくこうおう很難あずかはかてきれい如:わが必須ひっすさき知道ともみち恆星こうせいてき自轉じてんかたぶけかくただし這是很難直接ちょくせつ觀測かんそくいたてきよし此,たけせんDI(DI Herculis)とう系統けいとうみとめため廣義こうぎ相對そうたいろんてき可能かのう反證はんしょういち

光波こうはざい太陽たいよう附近ふきんてきへんおり

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亚瑟·爱丁顿爵士はくてき1919ねん日食にっしょくあきらかた,1920年刊ねんかんとう於他てき論文ろんぶんとうちゅうなみ宣布せんぷ日食にっしょく實驗じっけん成功せいこう

とおる·卡文すすむ约翰·冯·さく尔德纳(Johann Von Soldner)分別ふんべつ於1784ねんざい未發みはつ佈的しゅ稿こうちゅう)及1801ねん(於1804ねんはつ佈)指出さしでうしひたぶる引力いんりょくあずかはかほしこう經過けいかだい質量しつりょう天體てんたいかい彎曲わんきょく[10]あいいん斯坦於1911ねんただ利用りようとうこう原理げんりけい算出さんしゅつあずかさくなんじとくおさめしょうどうてきすう值。あいいん斯坦ざい1915ねん完成かんせい廣義こうぎ相對そうたいろん表示ひょうじぜん計算けいさん獲得かくとくてき(以及さくなんじとくおさめてきすう值只是正ぜせいかく值的一半いっぱんあいいん斯坦なりりょうだい一位正確計算出光線彎曲的物理學者。[11]

通過つうか比較ひかく背景はいけい恆星こうせいざい接近せっきん太陽たいようてき位置いち測量そくりょう光線こうせんてき彎曲わんきょく。該實驗じっけん於1919ねんゆかり亚瑟·爱丁顿爵士とうじん合作がっさく進行しんこうにちぜんしょく[12]いん此能夠觀察到太陽たいよう附近ふきんてきほしぼし同樣どうようてき觀測かんそく同時どうじざいともえ西にしふさがおもね及非しゅう西岸せいがんてき圣多美和みわりん西にし進行しんこう[13]實驗じっけん結果けっかざい當時とうじさんさくだい新聞しんぶんなみかんとうざいかくだいほうあきらてきあたまばんあいいん斯坦及其廣義こうぎ相對そうたいろんいん此舉聞名。とう其助しゅとい,如果あいひのとひたすらざい1919ねんぼつゆうしょうじつ廣義こうぎ相對そうたいろんてきばなしかい如何いか反應はんのうあいいん斯坦せつりょうちょめいてき一句いっくばなし:「わがかいため親愛しんあいてき上帝じょうていかんいた遺憾いかんかん怎樣理論りろんかえ是正ぜせいかくてき。」[14]

最初さいしょてきじゅん確度かくど非常ひじょうひくゆう些學しゃ批評ひひょう[15]ゆう系統けいとう誤差ごさ(systematic error)確認かくにんへんあやまてき存在そんざいしか而之たい原始げんしすうよりどころてきおもしん分析ぶんせき[16]指出さしであいひのととみてき分析ぶんせき是正ぜせいかくてき[17][18]1922ねんぜんしょく發生はっせい利克としかつ天文台てんもんだい重複じゅうふく進行しんこうりょう測量そくりょうとくてき結果けっかあずか1919ねんてきしょう[18]其後ども進行しんこうりょうつぎ重複じゅうふくてき實驗じっけん,其中較著めいてきいちゆかりとくしゅう大學だいがく1973ねん進行しんこうざいこれいく乎50ねん內,測量そくりょう誤差ごさ仍然無法むほうげんしょうちょくいた開始かいし採用さいよう無線むせん電波でんぱしきりつ進行しんこう觀測かんそくいた1960年代ねんだいおわり於證じつりょう光線こうせん彎曲わんきょくてき程度ていど完全かんぜん符合ふごう廣義こうぎ相對そうたいろんてきあずかはか,而非該數值的一半いっぱんあいいん斯坦たまき便びん遙遠ようえんほしけい光波こうは較近天體てんたいへんおりてき結果けっか

光波こうはてき重力じゅうりょくべにうつり

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とう光波こうはぎゃくちょ重力じゅうりょくじょうゆかり黃色おうしょく恆星こうせい生成せいせい傳播でんぱかい發生はっせいべにうつり——したがえ藍色あいいろへんいた紅色こうしょく

あいいん斯坦ざい1907ねんしたがえとうこう原理げんり推導出光いでみつてき重力じゅうりょくべにうつりこうおうしか而實ぎわてき天體てんたい物理ぶつりがく觀測かんそく卻很なん進行しんこう)。雖然沃尔とく·亚当斯ざい1925やめりょうりょう這一こうおうただしよういた龐德-かみなりぬの實驗じっけん(Pound–Rebka experiment)於1959ねん利用りようごくため敏感びんかんてききよし斯堡尔效应測量そくりょう哈佛大學だいがくすぐるどるへりくだとういただき底部ていぶてき兩個りゃんこ輻射ふくしゃげんてき相對そうたいべにうつりさいかくきりしょうじつりょう重力じゅうりょくべにうつりこうおう[19][20]實驗じっけん結果けっかかんけんしょうりょう廣義こうぎ相對そうたいろん。這是だい一次使用精確測量手法去證實廣義相對論的實驗。

現代げんだい實驗じっけん

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はくとく·狄克(Robert Dicke)れつおさめとく·まれおっと(Leonard Schiff)分別ふんべつ各自かくじ提出ていしゅつはかためし廣義こうぎ相對そうたいろんてきかまちため廣義こうぎ相對そうたいろん實驗じっけんてきしん時代じだい貢獻こうけんわたうすちから[21][22][23]強調きょうちょうただしよう古典こてん實驗じっけん,而且ようれい實驗じっけん[註 1]かえようはかためしざいぼう重力じゅうりょく理論りろんちゅう原則げんそくおうかい發生はっせい,而在廣義こうぎ相對そうたいろんちゅう卻不かい發生はっせいてきいち些效おう。其他重要じゅうようてき理論りろん發展はってん包括ほうかつ創建そうけん廣義こうぎ相對そうたいろんてきがえ代理だいりろん特別とくべつぬの兰斯-狄克理論りろん(Brans-Dicke theory)とうてき纯量-张量(scalar-tensor theory),[24]包括ほうかつのう夠將たい廣義こうぎ相對そうたいろんてき偏差へんさ以定量的りょうてきさんすううしひたぶる形式けいしきろん(parameterized post-Newtonian formalism)以及とうこう原理げんりかまち

ざいふとむなし探索たんさく電子でんしがく凝聚ぎょうしゅうたい物理ぶつりがくてきしん進展しんてん也促はつりょうさらてき精確せいかく實驗じっけんたとえ如龐とく-かみなりぬの實驗じっけんげきこう干涉かんしょうほう以及がつだまげきこうはか距等。

こううしひたぶる重力じゅうりょく實驗じっけん

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早期そうきけんけん廣義こうぎ相對そうたいろんてき實驗じっけん遭遇そうぐういたてき一大困擾是缺乏可行的競爭理論,物理ぶつり學者がくしゃ清楚せいそ甚麼いんも實驗じっけん以分べん廣義こうぎ相對そうたいろん其他理論りろんてき不同ふどう當時とうじ廣義こうぎ相對そうたいろんただ一能夠同時兼容狹義相對論和實驗觀測的相對論性理論,它還これごくためせい簡的理論りろん。1960ねんぬの兰斯-狄克理論りろんてき發表はっぴょう終止しゅうしりょう這局めん。這理ろんざいぼうしゅ程度ていどじょうさらためせい簡,存在そんざい具有ぐゆうりょうつなてき物理ぶつりりょうなみ且兼よううま原理げんりてきいち版本はんぽん狄拉かつ大數たいすう假說かせつ,這兩しゅ哲學てつがく思想しそうざい相對そうたいろん歷史れきしちゅう舉足輕重けいちょう最終さいしゅう引致いんち肯尼斯·だくとく維特(Kenneth Nordvedt)かつさとぶく·なんじ(Clifford Will)發展はってんさんすううしひたぶる形式けいしきろん,該形しきろん以10可變かへんさんすうらいさんすう所有しょゆうたい於牛ひたぶる萬有引力ばんゆういんりょく定律ていりつてき可能かのう偏差へんさいたり移動いどう物體ぶったい速度そくどてき1かたそくいたり てき1かた,其中 ため物體ぶったい速度そくど ため光速こうそく)。ざいじゃく引力いんりょく場中ばなか慢速移動いどう物體ぶったいてきたい廣義こうぎ相對そうたいろんてき可能かのう偏差へんさ以用這種近似きんじほう幫助做有系統けいとう分析ぶんせき許多きょた研究けんきゅう努力どりょく約束やくそくうしひたぶるさんすうこんてんてきたい廣義こうぎ相對そうたいろんてき可能かのう偏差へんさやめ嚴格げんかくげんしょう

測量そくりょう重力じゅうりょくとおるきょうこうおう和光わこうのべ時效じこうおうてき實驗じっけんわたる及到あいひのとひたぶるさんすう ,它參すう光波こうは傳播でんぱ於引りょく場所ばしょさんせいてきへんおりざい廣義こうぎ相對そうたいろんちゅう,它的すう值為1,而在其他理論りろん(如布兰斯-狄克理論りろんちゅうのりゆう不同ふどうてきすう值。它是10さんすうちゅうさいけい約束やくそくてきいちただしかえゆう其他實驗じっけん分別ふんべつのう約束やくそくべつてきさんすう,這包括ほうかつ精確せいかく觀測かんそく水星すいせい近日きんじつてんうつりあるはかためしきょうとうこう原理げんり

贝皮-哥伦ぬの(BepiColombo)任務にんむてき一個目標便是高準確度測量 兩個りゃんこうしひたぶるさんすうしたがえ而驗しょう廣義こうぎ相對そうたいろん[25]

重力じゅうりょくとおるきょう

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したがえ遙遠ようえん光源こうげんはつ射出しゃしゅつてき光波こうは經過けいかだい質量しつりょう天體てんたい附近ふきんかい其引りょくじょうへんおりたちばなしょくとおる露出ろしゅつ光源こうげんてきひょうかん位置いち白色はくしょくとおる露出ろしゅつ光源こうげんてき真實しんじつ位置いち

重力じゅうりょくとおるきょうけんけん廣義こうぎ相對そうたいろんさい重要じゅうようてき實驗じっけんいち。這現象げんしょうやめざい遙遠ようえん天體てんたいちゅう觀察かんさついたただし其對廣義こうぎ相對そうたいろんてき約束やくそくほそぶしいたりこん仍不清楚せいそさいため精確せいかくてき實驗じっけんあずかあいひのととみてき1919ねん實驗じっけん基本きほん相似そうじ──測量そくりょうらい遙遠ようえん天體てんたいてき光波こうは太陽たいようへんおりてき程度ていど電源でんげん是能これよし夠被さいじゅんかく分析ぶんせきてき一種いっしゅ輻射ふくしゃげん特別とくべつ而言,ゆうるいほしたい非常ひじょうきょう勁的輻射ふくしゃげん根據こんきょみず準則じゅんそく望遠鏡ぼうえんきょうたい光源こうげん方向ほうこうてきぶんべん最終さいしゅうげんせい衍射こうおう,這也これしゃでん望遠鏡ぼうえんきょうてき實際じっさいげんせいわかはた世界せかい各地かくちてきしゃでん望遠鏡ぼうえんきょう連結れんけつおこりらい大幅おおはばひさげだか方向ほうこうぶんべんりつしたがえ毫弧びょういたりほろびょう)。這種方法ほうほうたたえため甚长もと线干涉かんしょう测量,它收集しゅうしゅう隔離かくり甚遠てき望遠鏡ぼうえんきょうしょ觀測かんそくいたてきしんいき,藉著調整ちょうせい這些しんいきてきそうはた這些しんいき耦合ざいいちおこりこん,這些望遠鏡ぼうえんきょうやめけいたい太陽たいようしょへんおりてき光波こうは作出さくしゅつちょうせい確度かくどてき測量そくりょうなみたい廣義こうぎ相對そうたいろんしょあずかはかてきへんおりしょうじついたりただゆう0.03%てき誤差ごさ水平すいへい[26]ようたちいた如此だかてき精確せいかく必須ひっす精確せいかく測量そくりょう世界せかい各地かくち望遠鏡ぼうえんきょうてき位置いち。其中一些重要誤差來自地球的あきらどう自轉じてん大氣たいきおりいたかたまり移動いどう及潮しおとうとう。另一項重要誤差來自にちたいひかりてきおりしゃ,這種こうおうかいさんせい獨特どくとくてきひかり,而重力じゅうりょくたいひかりてき扭曲卻與波長はちょう無關むせきよし此只よう仔細しさい分析ぶんせきなみ使用しよう不同ふどうしきりつ進行しんこう測量そくりょう便びん以消じょ這一誤差ごさらいげん

太陽たいようてき重力じゅうりょく扭曲りょうせい天球てんきゅう與太よた相反あいはん方向ほうこうてきいちてん除外じょがい)。這項こうおうやめかむおうしゅう空間くうかんきょくてきともえたに衛星えいせい觀察かんさついた衛星えいせい測量そくりょうりょう大約たいやく105顆星ぼしてき位置いちざいせい任務にんむ期間きかん,它一共給出了大約 3.5×106 相對そうたい位置いちじゅん確度かくど一般いっぱんたちいた3毫弧びょう(8-9きゅう恆星こうせいてきじゅん確度かくど)。よし於垂ちょく於地方向ほうこうてき恆星こうせい就有4.07毫弧びょうてき偏差へんさいん此幾乎所有しょゆう恆星こうせい必須ひっす進行しんこう矯正きょうせい。如果撇除系統けいとう偏差へんさ,3毫弧びょうてき誤差ごさ以降いこうていいたり0.0016毫弧びょう乘法じょうほう因子いんしため相對そうたい位置いち數量すうりょうてき平方根へいほうこん)。系統けいとう偏差へんさじゅん確度かくどげんせいざい0.3%。[27]

盖亚にんしょうかいたい銀河系ぎんがけいてきじゅうおく恆星こうせい進行しんこう查,なみしょう測量そくりょう它們てき位置いちいたり24ほろびょうじゅん確度かくど。這將のう夠為廣義こうぎ相對そうたいろんしょあずかはかてき光波こうは太陽たいよう重力じゅうりょくへんおりてきこうおうたいらいさら嚴格げんかくてきこうけん[28]

重力じゅうりょく時間じかんのべおそ

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くらい土星どせいてき卡西あまごうこう地球ちきゅう发送てき信号しんごうざいふとし阳的引力いんりょく场中のべ

1963ねん欧文おうぶん·なつがわ(Irwin Shapiro)提出ていしゅつ另一種可以在太陽系內進行的實驗,しょうためなつかわ實驗じっけん。這實驗じっけん不同ふどう前述ぜんじゅつさんしゅ古典こてん實驗じっけんいん此又しょうためだい四種檢驗廣義相對論的「古典こてん實驗じっけん」。なつがわ表明ひょうめい其它ぎょうほし反射はんしゃてきかみなりたち信號しんごう,其來かい時間じかんかい出現しゅつげん相對そうたいろんせい時間じかんのべおそ,這效おうたたえため引力いんりょく时间のべ迟效应[29]あずかちょく線路せんろみちしょう比較ひかく光子こうしざいかすめ太陽たいよう彎曲わんきょくみち所產しょさんせいてき時間じかんのべおそほろ不足ふそくどうただし廣義こうぎ相對そうたいろんあずかはかざい光子こうしもたれきん太陽たいようてき重力じゅうりょくじょうとき時間じかんのべ遲效ちこうおうかいいん時間じかん膨脹ぼうちょう而逐やや增加ぞうかたい水星すいせい金星かなぼし太陽たいよう掩食前後ぜんごてき觀測かんそく符合ふごう廣義こうぎ相對そうたいろんてきあずかはか誤差ごさため5%。[30]さらちかてき卡西あま-めぐみさら斯号進行しんこう類似るいじ實驗じっけん結果けっかあずか廣義こうぎ相對そうたいろんしょう誤差ごさただゆう0.002%。[31]甚长もと线干涉かんしょう测量也測りょうりょう木星もくせい[32][33]土星どせい[34]けい重力じゅうりょく磁性じせい修正しゅうせいてき引力いんりょく时间のべ迟效应。

とうこう原理げんり

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さい簡單かんたん形式けいしきてきとうこう原理げんり表明ひょうめい自由じゆう落體らくたいざい引力いんりょく場中ばなかてき軌跡きせきおう該與其質りょうある內在結構けっこう無關むせき前提ぜんてい物體ぶったい很小てき不能ふのう夠攪擾環境かんきょうある潮汐ちょうせきりょくてき影響えいきょうやくとく沃什實驗じっけん(Eötvös experiment)きょくため精確せいかくしょうじつりょう原理げんり。這實驗じっけんりょう兩個りゃんこ試驗しけん質量しつりょうてき加速度かそくど差別さべつたい於這原理げんり、跟物質ぶっしつなり分有ぶんゆうせきてきだいりょく(fifth force)てき存在そんざい重力じゅうりょく汤川相互そうご作用さようてき存在そんざいわたる及到非常ひじょうきょう約束やくそくさら內容,請參閱條だいりょくじゃくとうこう原理げんり

つよとうこう原理げんりきょうばんてきとうこう原理げんりつよとうこう原理げんり表明ひょうめいざい同樣どうよう狀況じょうきょう所有しょゆう自身じしん引力いんりょく自由じゆう落體らくたいぞう恆星こうせいくだりぼしくろほらとうとういん重力じゅうりょく吸引きゅういん結合けつごうざい一起かずきおう該會ゆうしょうどうてき運動うんどう軌跡きせき。這被たたえため诺特维特效とっこう(Nordtvedt effect),なみやめゆかりつきだまげきこう测距实验非常ひじょう精確せいかくしょうじつりょう[35][36]したがえ1969ねん開始かいし,這實驗じっけん持續じぞくしたがえ地球ちきゅうかくしょてきはか距站りょうあずかつきだまじょうてき反射はんしゃてき距離きょりじゅん確度かくどやくため1釐米。[37]實驗じっけんたい於幾おきうしひたぶるさんすうきゅうきょう約束やくそく

つよとうこう原理げんりてき另外いち要求ようきゅううしとみ萬有引力ばんゆういんりょく常數じょうすうざい時間じかん空間くうかんうえ不變ふへんてき許多きょた獨立どくりつ觀測かんそく實驗じっけんやめけいげんせいりょう萬有引力ばんゆういんりょく常數じょうすうてき可能かのう偏差へんさ[38]ただしさい優良ゆうりょう結果けっか一還是來自月球激光測距實驗,它把常數じょうすう每年まいとし偏差へんさげんせいざい1011ぶんいち以下いか

重力じゅうりょくべにうつり

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うえぶんれつてきだいいち古典こてん實驗じっけん——重力じゅうりょくべにうつり——あいいん斯坦とうこう原理げんりてき自然しぜんはてあいいん斯坦於1907ねん就已あずかはか這後はて。就其本身ほんみ而論,雖然它也一種檢驗廣義相對論的實驗,ただし它與其它うしひたぶる實驗じっけんゆう不同ふどうそくにんなん遵守じゅんしゅとうこう原理げんりてき重力じゅうりょく理論りろん自然しぜんおう該會包括ほうかつ重力じゅうりょくべにうつりこうおうざい內。ただし無論むろん如何いかけんしょうりょう重力じゅうりょくべにうつりこうおう,也就けんしょうりょう相對そうたいろんせい重力じゅうりょくいんため重力じゅうりょくべにうつりてき存在そんざい強烈きょうれつ違反いはんりょう相對そうたいろんとう斯於1925ねんたいしろ矮星てんおおかみぼしBてきひかりせんうつりてき測量そくりょうたい重力じゅうりょくべにうつり最早もはやてき觀察かんさつ。儘管てき實驗じっけん結果けっか,以及これたい其他しろ矮星こうせんてき觀測かんそく符合ふごう相對そうたいろんてきあずかはかただし這些うつり仍舊可能かのう於別しゅ原因げんいんよし必須ひっす設計せっけいあずか完成かんせいさら仔細しさいてき受控實驗じっけん(controlled experiment)。

用地ようちひょう光源こうげん做受ひかえ實驗じっけんかくたい重力じゅうりょくべにうつり經歷けいれきりょういくじゅうねん時間じかんいんためじゅんかく測量そくりょう這效おうこれけんじゅうふん困難こんなんてきこと必須ひっす找到適當てきとう操作そうさしきりつてき計時けいじらい測量そくりょう時間じかん膨脹ぼうちょうまた必須ひっす找到ひきはい這頻りつてき電磁でんじ輻射ふくしゃげんらい測量そくりょうべにうつりちょくいた1960ねんざい做成實驗じっけん確認かくにん這效おう,這實驗じっけん應用おうようきよし斯堡尔效应のう生成せいせい極細ごくぼそこうせんてき性質せいしつ測量そくりょう經由けいゆきよし斯堡尔效应生成せいせいてきとぎ瑪射せん光子こうしてき波長はちょう變化へんか。這項實驗じっけんよしはくとく·龐德(Robert Pound)かずらりん·かみなりぬの(Glen Rebka)進行しんこうこれよし龐德かず史奈ふみなとくあらためすすむたたえため庞德-かみなりぬの卡实验えいPound-Rebka experimentとぎ瑪射線量せんりょうてきじゅん確度かくど一般いっぱんざい1%。1976ねん,一項高準確重力紅移實驗把一個氫激ほろなみ計時けいじざい火箭かせんじょうなみ發射はっしゃいたいちまん公里くり高空こうくうしかあずか地面じめんてきしょうどう計時けいじ進行しんこうたい實驗じっけんけんしょうりょう重力じゅうりょくべにうつりじゅん確度かくどたちいた0.007%。[39]

雖然ぜんたま定位ていい系統けいとう(GPS)てき設計せっけい目的もくてきなみ包括ほうかつはかためし基礎きそ物理ぶつり理論りろんただし它的計時けいじ系統けいとう必須ひっすようしょう重力じゅうりょくべにうつりこうおう納入のうにゅう考量こうりょうとうだい一個人造衛星升空的時候,ゆう工程こうていなみみとめためかい觀測かんそくいた顯著けんちょてき時間じかん膨脹ぼうちょうこうおういん此該人造じんぞう衛星えいせいなみぼつゆう時間じかん修正しゅうせいてき裝置そうち後來こうらい發射はっしゃてき人造じんぞう衛星えいせいみやこそうゆう時間じかん修正しゅうせい裝置そうちなみ測量そくりょうごとてん38ほろびょうてき時間じかん。這偏りつあし以在すうしょう內大だいそぎじゃくGPSてきこうのう[40]

其它のうしょうれつてきはかためし廣義こうぎ相對そうたいろんてき實驗じっけん包括ほうかつ[41]1976ねん發射はっしゃてき引力いんりょく探測たんそくA(Gravity Probe A)あかし引力いんりょく速度そくどのう影響えいきょう不同ふどう計時けいじにょうちょ中心ちゅうしん質量しつりょうてき軌道きどう運行うんこうてきどうこうのう[42]利用りようたまきわたる地球ちきゅう機上きじょうてき原子げんしがねらいはかためし廣義こうぎ相對そうたいろん狹義きょうぎ相對そうたいろんてき哈斐勒–もとてい實驗じっけん(Hafele-Keating experiment);[43][44]以及未來みらいてきとうこう原理げんりはかためし衛星えいせい(Satellite Test of the Equivalence Principle)。

參考さんこうけい拖拽

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直徑ちょっけいため60 cmてきLAGEOS-1衛星えいせい

らん斯-蒂林しんどう(Lense-Thirring)よし試驗しけん粒子りゅうしにょうちょ中心ちゅうしんてき旋轉せんてん質量しつりょうくだりぼしある恆星こうせいとう公轉こうてん形成けいせいてき長期ちょうきすすむどうげきこう地球ちきゅう动力がく卫星(LAGEOS)やめけい完成かんせいたい於這しゅしん動的どうてきはかためし[45]ただし其中許多きょた結果けっか具有ぐゆう爭議そうぎせい[46]にょうちょ火星かせい公轉こうてんてき火星かせいぜんたまさがせかんしゃごう可能かのう也曾けい探測たんそくいた同樣どうようてきしんどう[47]ただし獲得かくとくてき結果けっか也引おこりいち些爭ろん[48][49]きんかえゆうほうしるべ表示ひょうじしゅ探測たんそくいた太陽たいようたい於內ぎょうほし近日きんじつてんさんせいてきらん斯-蒂林こうおう[50]ざいちょうだい質量しつりょうくろほら附近ふきんにょうちょくろほら公轉こうてんてき恆星こうせいかいいん參考さんこうけい拖拽しるべ致其軌道きどう平面へいめんたい於黑ほらてき自轉じてんじく做進どう運動うんどう未來みらいいくねんたい銀河系ぎんがけい中心ちゅうしん附近ふきん恆星こうせいてき測量そくりょうおう該可以探測たんそくいた這效おう[51]きゅうていりょう顆位於不どう軌道きどうてき恆星こうせい通過つうか比較ひかく它們てき軌道きどうしんどうりつ原則げんそく而言以對廣義こうぎ相對そうたいろんてき定理ていり做檢けん[52]

於2004ねん發射はっしゃ,2005ねんじょやくてき引力いんりょく探測たんそくB觀察かんさついた參考さんこうけい拖拽こうおう測地そくちせんこうおう。這實驗じっけん使用しよう4乒乓だま大小だいしょう表面ひょうめん塗抹とまつりょうちょう導體どうたい的石まといしえい球體きゅうたいよし於信ごう雜音ざつおんてき嚴重げんじゅう,而又のうじゅんかくため雜音ざつおん創設そうせつ模型もけい對數たいすうよりどころてき分析ぶんせきいちちょく持續じぞくいた2011ねんさい滿まん分離ぶんり有用ゆうようてき信號しんごう

ふみたんふつ大學だいがくてき主要しゅよう研究けんきゅう人員じんいんざい2011ねん5がつ4にち表示ひょうじ們已じゅんかく測量そくりょうりょうたい飛馬ひうまIMてき參考さんこうけい拖拽こうおう,而計算けいさん結果けっか符合ふごう廣義こうぎ相對そうたいろんちゅうてきあずかはか誤差ごさやくため0.2%。結果けっかはつ佈於物理ぶつり評論ひょうろん快報かいほう報告ほうこくしょういん地球ちきゅう自轉じてん而引おこり拖拽こうおういち共有きょうゆう37毫弧びょう誤差ごさやくため19%。[53]研究けんきゅう人員じんいんほうらん西にし斯·もぐさどるとく(Francis Everitt)解釋かいしゃく,1毫弧びょう相當そうとう於「ざい10えいさとがい一根頭髮的寬度」。[54]

2012ねん1がつ織女しょくじょぼしうん火箭かせん搭載とうさいげきこう相對そうたいろん衛星えいせい(Laser Relativity Satellite)ますそら[55]むねざい測量そくりょうらん斯-蒂林こうおうじゅん確度かくどやくため1%(根據こんきょ支持しじしゃ資料しりょう),[56]ただし這實ぎわじゅん確度かくどてき估算きょく具有ぐゆう爭議そうぎせい[57][58][59]

強引ごういんりょくじょう實驗じっけんみゃくおきそうほし

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PSR B1913+16おおやけ转周てきおとろえへん。红点为实际观察到てき值,广义しょう对论ところ预测てきおとろえへん值抛ぶつ线相符合ふごう

みゃくおきぼし高速こうそく自轉じてんてき中子なかごぼし,它們ざい自轉じてんかいはつ射出しゃしゅつ規則きそくてき無線むせんでんみゃくおきよし此,みゃくおきぼし本身ほんみいちしゅ計時けいじ,這令精確せいかくかんはか其軌どう運動うんどうなりため可能かのう所有しょゆうにょうちょ其它恆星こうせい公轉こうてんてきみゃくおきぼしざい觀察かんさつ實驗じっけんちゅう展示てんじ切實せつじつてききん拱點すすむどう,這觀察かんさつ結果けっか不能ふのうよう古典こてん力學りきがく解釋かいしゃくただし以用廣義こうぎ相對そうたいろん解釋かいしゃくれい如,赫爾斯-たい勒脈おきそうほしPSR B1913+16いちたい中子なかごぼし,其中いち顆為みゃくおきぼしてきしんどうりつ超過ちょうか每年まいとし[60]。這進どうりつ以用らい計算けいさん系統けいとうごと一顆中子星的質量。

與原よはらある分子ぶんし發射はっしゃ電磁でんじ輻射ふくしゃてき方式ほうしき類似るいじ引力いんりょく質量しつりょう如果ゆう四極よんきょく(quadrupole)るいあるさらだかかい類型るいけいてき震動しんどうあるてい對稱たいしょうがたなみ進行しんこう旋轉せんてん,就會はつ射出しゃしゅつ引力いんりょく[註 2]這些引力いんりょくてき傳播でんぱ速度そくどあずかはかため光速こうそくれい如,にょうちょ太陽たいよう公轉こうてんてきぎょうほし不斷ふだん通過つうか發射はっしゃ引力いんりょく而失のうりょう這效おうごく微小びしょうざいてき未來みらい不可能ふかのう探測たんそくいた條目じょうもく引力いんりょく)。ざい赫爾斯-たい勒雙ぼし系統けいとうちゅう間接かんせつ探測たんそくいた引力いんりょくしたがえみゃくおきてき精確せいかく計時けいじ顯示けんじりょう顆星ただ大約たいやく符合ふごうひらけひろし定律ていりつずいちょ時間じかんえんじすすむ它們逐漸てい螺旋らせんがた運動うんどう互相もたれきん表現ひょうげんのうりょう損失そんしつ,這能りょう損失そんしつ符合ふごうあずかはかてき引力いんりょくなみたいはしてきのうりょう[61][62]所以ゆえん,儘管ぼつのう直接ちょくせつ探測たんそくいた引力いんりょくてき存在そんざい螺旋らせんがた運動うんどう軌道きどうてきせい必須ひっす使用しよう它們さんせいてきこうおうらい合理ごうり解釋かいしゃくひしげふさが尔·赫尔斯约瑟おっと·たいいん發現はつげん這顆みゃくおきぼし而贏とくだくかいなんじ

2003ねん發現はつげんてきそうみゃくおきぼし系統けいとうPSR J0737-3039,其近ほしてんしんどうりつため16.90°每年まいとしあずか赫爾斯-たい勒雙ぼし不同ふどう,這系統けいとうてきりょう中子なかごほしひとしためみゃくおきぼし科學かがくいん此能夠精かくかん察這系統けいとうちゅうてき兩個りゃんこ天體てんたい。另外,りょう中子なかごぼしあいだ非常ひじょう接近せっきん軌道きどう平面へいめんいく乎側こうたいちょ地球ちきゅう,而且したがえ地球ちきゅう觀測かんそくてきよここう速度そくど很低,しょ以該系統けいとういたりいまようらいはかためし廣義こうぎ相對そうたいろんゆうせき強引ごういんりょくじょう預言よげんてきさいけいそうほし系統けいとういくしゅ不同ふどうてき相對そうたいろんせいこうおうやめ觀察かんさついた包括ほうかつ類似るいじ於赫なんじ斯-たい系統けいとうちゅうてき軌道きどうおとろえへんざい進行しんこう觀察かんさつ兩年りょうねんはんにん們已けい進行しんこう4こうけんけん廣義こうぎ相對そうたいろんてき獨立どくりつ實驗じっけんさい精確せいかくてき一種為夏皮羅實驗,結果けっかあずか理論りろんあずかはかてき偏差へんさ超過ちょうか0.05%[63]しか而每公轉こうてんしゅうてききんほしてんうつりただ圓周えんしゅうてき大約たいやく0.0013%,いん此這なみだかかいてき相對そうたいろん實驗じっけん)。

みゃく衝星PSR J0348+0432あずか其白矮星同伴どうはんざいふとし空中くうちゅう運行うんこうてき藝術げいじゅつ創意そうい. [64]

2013ねん4がつ25にち,一組國際天文學者團隊發表論文表示,よしみゃく衝星PSR J0348+0432あずかしろ矮星組成そせいてきだい質量しつりょうれんぼしいんため發射はっしゃ引力いんりょく而釋のうりょう,其以螺旋らせんかた運動うんどう彼此ひし互相もたれきんまとそくりつ軌道きどう周期しゅうきおとろえへんため8ひゃくまんふんいちびょう每年まいとし符合ふごう廣義こうぎ相對そうたいろんてきあずかはか。這是いたりこんためとめたい廣義こうぎ相對そうたいろんさい嚴格げんかくてきけんけん[65][66]

たい引力いんりょくてき直接ちょくせつ探測たんそく

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前段ぜんだんしょじゅつたいみゃくおきそうほし系統けいとうてき觀測かんそくやめけい間接かんせつしょうじつりょう引力いんりょくてき存在そんざいこんたてしげるてきいく引力いんりょく探測たんそくためし直接ちょくせつ探測たんそくいん天文てんもん事件じけん而產せいてき引力いんりょくれい如,りょう中子なかごぼし碰撞ざいいちおこり目前もくぜんれいさとたび最高さいこうてき探測たんそくしたがえ2002ねんうんさくいたりいまてきげきこう干涉かんしょう引力いんりょく天文台てんもんだい(LIGO)。一些正在研發或計劃中的實驗具有更高的探測靈敏度,這包括ほうかつただしざいきょうけんてきしんかいLIGO探測たんそく,以及籌劃ちゅうてきげきこう干涉かんしょうそら间天线(LISA)。科學かがくあずかしんかいLIGO探測たんそくしょうかいごとてん探測たんそくいた引力いんりょく事件じけん

2016ねん2がつ11にちかみなり干涉かんしょう重力じゅうりょく天文台てんもんだい(LIGO)だんたい於華もりひたぶる舉行てき一場記者會上宣布人類對於重力波的くび直接ちょくせつ探測たんそく結果けっかところ探測たんそくいたてき重力じゅうりょくらいげん於雙くろほら融合ゆうごう兩個りゃんこくろほら分別ふんべつ估計ため29及36ばい太陽たいよう質量しつりょう,這次探測たんそくため物理ぶつりがく史上しじょうくびよし地面じめん直接ちょくせつ成功せいこう探測たんそく重力じゅうりょく[67]

宇宙うちゅうがく實驗じっけん

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たい廣義こうぎ相對そうたいろんてき實驗じっけんちゅうざいだい尺度しゃくどじょう進行しんこうてき實驗じっけん相對そうたいざい太陽系たいようけいちゅう進行しんこうてきよう受到さらすくなてき嚴格げんかくせきちゅう[68]最早もはやてきだい尺度しゃくど實驗じっけんようさん測量そくりょう宇宙うちゅう膨脹ぼうちょうりょう[69]1922ねん亚历山大やまだい·どるさととく發現はつげんあいいん斯坦てき方程式ほうていしき存在そんざいちょ靜態せいたいてきかい(就算包括ほうかつ宇宙うちゅう常數じょうすう)。[70][71]1927ねん乔治·勒梅とく證明しょうめいりょうあいいん斯坦方程式ほうていしきてき靜態せいたいかい不穩ふおんじょうてきいん此愛いん斯坦しょしつらえそうてき靜態せいたい宇宙うちゅう不可能ふかのうてき(它要麼膨脹ぼうちょうよう麼縮しょう)。[70]勒梅とく表明ひょうめい宇宙うちゅう膨脹ぼうちょうてき[72]也推導出どうしゅつべにうつりあずか距離きょりてき關係かんけい,這在こんてんたたえため哈勃定律ていりつ[72]爱德ぶん·哈勃於1929ねん發現はつげんりょう宇宙うちゅう膨脹ぼうちょう[70]當時とうじ許多きょたじん現在げんざい仍有いち部分ぶぶんじんみとめため這是たい廣義こうぎ相對そうたいろんてき直接ちょくせつ證明しょうめい[73]これざい1931ねんあいいん斯坦みとめどうりょうどるさととく曼和勒梅とくてき結論けつろん[70]1930年代ねんだい主要しゅようゆかり爱德华·亚瑟·まい尔恩進行しんこうてき工作こうさく指出さしでべにうつりあずか距離きょりてきせんせい關係かんけいげん物理ぶつり定律ていりつてき不變ふへんせい,而非廣義こうぎ相對そうたいろん[69]靜態せいたい宇宙うちゅう這一預言並不是顯而易見的,而且研究けんきゅうてき主要しゅよう動機どうきかえ廣義こうぎ相對そうたいろんてき[74]

另一些大尺度實驗嘗試量度宇宙うちゅう暴脹どきさんせいてき引力いんりょく實驗じっけん測量そくりょう宇宙うちゅうほろなみ背景はいけいなかてきへんあるもの利用りようたたえためだいばく觀測かんそくしゃてきふとむなし引力いんりょく擾器進行しんこう測量そくりょう

相關そうかん條目じょうもく

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註解ちゅうかい

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參考さんこう資料しりょう

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