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回复:【相对论验证实验系列】

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实验15.太空重力实验GP-B

Einstein的相对论自创立已经将近九十周年了,是世界上最难验证的理论之一。重力探测器B(GP-B)于2004年4月被送上轨道(http://einstein.stanford.edu),用于一项为期两年探测“时空结构拖曳(frame-dragging)效应”的实验。该原理最早出现于1918年,由奥地利物理学家Josef Lense和Hans Thirring共同提出。他们根据Einstein的相对论原理推断,在旋转物体周围的时空结构可能会发生扭曲,因此拖曳效应也被称为"Lense-Thirring效应"。 




  此次实验的关键在于陀螺回转仪的设计,GP-B有四个陀螺回转仪,其转子用熔化的石英制成几近绝对的球形。这种乒乓球大小,近乎完美球形的回转仪是进行实验所必需的,因为任何瑕疵都会影响回转仪的位置:在实验中它们应该指向一个参照恒星。既然拖曳效应会改变时空的结构,因此理论上它也会影响陀螺回转仪的位置。然而,回转仪自身的任何瑕疵同样也会引起其位置的改变,影响试验的 
准确程度。 
  工程师们在不干扰转子旋转的情况下,利用三个碟型电极将其悬空在回转仪之中。为了保持转子持续稳定旋转,工程师向回转仪中导入平稳的氦气流,同时,他们使用了超导量子干涉仪(SQUID),利用超导特性作为转子是否受到干涉的指示,探测转子轴向的任何角度位移。 
  尽管GP-B还要在太空持续运行大约十四个月,但是现在工程师们已经取得了相当的成绩,他们成功地组装了陀螺回转仪,近乎完美地祛除了地球磁场的影响,并且成功地对探测器进行遥控和导向。 

本实验正在进行中,详:

[专题]Gravity Probe B 
http://tieba.baidu.com/f?kz=303344137


IP属地:上海22楼2008-02-13 16:43
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    实验16:狄拉克方程

    狄拉克按相对论要求,于1928年提出狄拉克方程.狄拉克用它不仅算出了氢原子光谱的精细结构,解释了电子的自旋角动量和固有磁矩,进一步还预言了正电子的存在.这些结果都与当时的实验符合,也得到后来新实验的支持.为此获得1933年的诺贝尔奖.

    把狄拉克方程看成是相对论在微观领域的一个应用,象相对论力学在宏观领域应用一样,实验对狄拉克方程的支持就是对相对论的支持.


    23楼2008-02-13 17:25
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      实验17.反粒子与高能γ光子

      1932年正电子发现后,人们相信质子,中子等粒子也应该存在相应的反粒子,寻找反粒子成了当时的科学前沿.随后反质子,反中子相继发现.

      人们用相对论力学作为理论工具,处理粒子,反粒子,高能γ光子的散射问题,湮灭问题,得到了相当满意的结果.这类实验事实相当多,从来没有发现相对论出问题.


      24楼2008-02-13 17:46
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        插入一层楼,说点题外话.

        牛顿力学得到但是人们的支持,除了它能解释当时有的实验事实外,还预言了一些新现象,帮助人们发现新天体.

        当时已知的行星仅有地球,金,木,水.火,土及天王星.人们用新出现的牛顿力学去计算天王星的轨道,发现理论计算与实际观察有偏离.要解决这个偏离,只有两种可能:

        (1)牛顿力学在天体领域有问题,要修改,甚至放弃!
        (2)在天王星外还存在一个质量十分可观的未发现的行星.

        后来找到了天王星,大大增强了人们对牛顿力学的信心.

        我将发的下一个实验,与上面所说的有点类似.我打字慢,也慢慢发,吧友们不妨猜猜看,到底相对论(加上别的理论)预言了什么新现象?猜中的应该有奖!当然时间是在我发出下一个帖子之前.


        25楼2008-02-13 20:08
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          实验18.中微子的发现

          早在相对论之前,人们就发现了β衰变,后来进一步认证了β粒子就是电子!发现中子后,人们认为:β衰变的实质就是

          中子衰变成质子+电子;....................(1)
          或(在原子核内)质子衰变成中子+正电子.....(2)

          我们只讨论(1).实验发现出射电子有动能.由相对论的质量能量关系,有

          电子动能Q=(中子质量-质子质量)cc...........(3)

          这是当时公认的相对论质量能量关系式,根据这个公式,由于右边中子质量,质子质量都是常量,光速c也是常量,因此Q值也应该是常量.但是实验明确表明:电子的动能Q是连续变化的!反复测量都是这个结果.

          1930年,Pauli(泡利)提出:要满足衰变前后能量动量守恒及其它一些守恒条件,衰变产物除了质子及电子外,一定存在另一种还没有被发现的粒子,这就是后来发现的(电子性反)中微子.


          26楼2008-02-13 20:41
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            实验19.激光致冷

            设想在滑冰场上有一个质量很大的大胖子,闭上眼睛在滑冰,略去摩擦力.现给你很多小气球,允许你用这些小气秋砸这个大胖子,你能让他停下来吗?
            应该可以,条件是:小气球要足够多,有很多人帮忙砸.

            上世纪后期,高功率的激光器研制成功,人们利用激光器发出的密集的光子与原子对碰,成功地把原子停下来.美籍华人朱隶文就是由于这个工作(激光致冷)获得了1997年的诺贝尔奖.

            激光致冷最简单的解释如下:设原子具有能量E,动量P运动,用一束光子与它对碰,由于能量动量守恒,(按相对论计算),总可以让这个原子停下来.

            激光能致冷本身就是支持相对论的一个实验.另外,把原子停下来后,原子再发光时,频率十分单一,可以反过来测量发光原子的反冲,再一次验证相对论的能量动量守恒.


            28楼2008-02-13 21:13
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              谢谢27楼peng_56 老师的补充,太好了!


              29楼2008-02-13 21:17
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                我发帖子暂时告一段落,待想起来再发.希望吧友提供更多支持相对论的实验.另外对上面所有楼层中涉及的问题也请提出,大家一起讨论,共同把这项工作作好.

                讨论时把心态放轻松些,这里不存在谁对,谁错,谁问,谁答的事情.应该是大家问,大家回答!共同把这个工作作好.


                30楼2008-02-13 21:25
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                  实验20.试金石http://tieba.baidu.com/f?kz=315914818

                  我认为这是最全面的实验验证.前些日子已经发过,不在重复了.详细见下面帖子.http://tieba.baidu.com/f?kz=315914818

                  到此为止20个实验已经发完.希望大家提供更多实验.也请大家在楼内展开讨论.


                  31楼2008-02-13 21:36
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                    先来头一个,头一个实验证实了爱因斯坦提出的关于光子具有动量的假设,是否也证明了光速绝对不变?康普顿的实验是不是也是地球原地性来做的实验


                    32楼2008-02-13 23:44
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                      南老师辛苦了.只问一个问题:设想有一个以光速飞行的宇宙飞船,我们能与它进行通讯吗?能或不能,为什么?


                      33楼2008-02-14 02:24
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                        感谢老师的辛勤劳动!

                        请大家根据老师的安排,顺序作答/提问。

                        “讨论时把心态放轻松些,这里不存在谁对,谁错,谁问,谁答的事情.应该是大家问,大家回答!共同把这个工作作好. ”
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                        很好的文明条款,大家不要辜负老师的良苦用心 。

                        讨论中,要紧扣主题,不要顾左右言其它。

                        尤其反对擅自加入自己blog链接。

                        注意文明用语,不允许发生令人不愉快的事情。

                        老师如果看到那些灌水帖,请立刻删除,根据新的巴规,不需要作删除说明。


                        IP属地:上海34楼2008-02-14 04:51
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                          实验1 1927年(获诺贝尔奖年)康普顿效应 

                          康普顿效应证明光是粒子.


                          35楼2008-02-14 07:20
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                            实验2.电子偶的产生与湮灭 

                            更加证明光是粒子.


                            36楼2008-02-14 07:23
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                              以上三个实验共同点都是:把光子看成具有能量,动量的粒子,光子与其它粒子相互作用(碰撞)满足相对论力学的要求.说明相对论的两个假设的重要推论:相对论力学与实验一致.值得强调的是:理论发表在先,实验在后,不存在凑数据的问题.(如果倒过来实验在先,理论在后,人们就有这个怀疑,例如麦克尔荪--莫雷关于测以太风的实验,有些人就有此看法.认为:你爱因斯坦在凑数据.)这就是三个实验的价值. 

                              只有第一是事实,后面的可能改变数据!


                              37楼2008-02-14 07:28
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