巴蜀中學(xué)-選修課程-生活中的物理-之天文學(xué)發(fā)展

1、天文學(xué)發(fā)展,第1講 天文學(xué)發(fā)展史第2講 光與天文望遠(yuǎn)鏡第3講 天體的視運(yùn)動(dòng),第1講天文學(xué)發(fā)展史,本講內(nèi)容,引言：中國(guó)古代天文學(xué)成就（簡(jiǎn)介）古希臘天文學(xué)天文學(xué)的發(fā)展期哥白尼、第谷、開普勒和伽利略牛頓的萬有引力定律愛因斯坦的相對(duì)論,星座（星宿、星宮）赤道坐標(biāo)系太陽(yáng)黑子：公元前140年，歐洲（807年）日食：約4000年前，650次（春秋戰(zhàn)國(guó)-元末1368年）彗星、流星和隕石新星和超新星古代天文研究古代天文

2、儀器張衡、祖沖之、一行、沈括、郭守敬等,1。古希臘的地球中心說,從亞里斯多德到托勒密的地球中心學(xué)說古希臘人首先采用觀測(cè)和模型解釋宇宙內(nèi)在的邏輯性和系統(tǒng)性大約2000年,畢達(dá)哥拉斯的宇宙觀,Pythagorean （569-475 B.C.） 總結(jié)出關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的3個(gè)常識(shí)：同心圓軌道：行星、太陽(yáng)、月亮和恒星都在完美的同心圓軌道上運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)：行星、太陽(yáng)、月亮和恒星都在作勻速圓周運(yùn)動(dòng)地球中心：地球處于所有天體運(yùn)動(dòng)的正中心

3、,行星的運(yùn)動(dòng)難題,相對(duì)于背景恒星，行星為什么是“流浪漢”？（需數(shù)月觀測(cè)）順行：向東逆行：向西逆行時(shí)行星變亮,在地球?yàn)樾行沁\(yùn)動(dòng)靜止中心的錯(cuò)誤思想指引下，古希臘人對(duì)行星的運(yùn)動(dòng)做出了幾何解釋，特別是“詭異”的逆行和亮度變化,科學(xué)鼻祖：亞里斯多德,Aristotle (384-322 B.C.)可能是歷史上對(duì)多個(gè)學(xué)科（科學(xué)，神學(xué)，哲學(xué)等等）最具影響力的人物他的思想不可挑戰(zhàn)長(zhǎng)達(dá)幾乎2000年之久，直到……,亞里斯多德：地球中心學(xué)說,天體

4、鑲嵌在55個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同的同心水晶球?qū)由希總€(gè)球?qū)幼鲃蛩賵A周運(yùn)動(dòng)，地球處于中心 “原動(dòng)力” 使最外層天球勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，并一層一層向內(nèi)傳遞，導(dǎo)致所有天體的轉(zhuǎn)動(dòng),不能解釋行星的逆行和亮度變化,本輪 Epicycles 解釋行星逆行與變亮,行星不是固定在同心球?qū)樱ň啠┥希枪潭ㄔ诒据喩?，但是本輪固定在同心球?qū)由媳据喼行暮捅据喖葱行蔷赝环较蜃鲃蛩賵A周運(yùn)動(dòng),本輪,均輪,*需要多個(gè)本輪*,在某些情況下，本輪套本輪實(shí)際模型：本輪中心作勻

5、速圓周運(yùn)動(dòng)，但不圍繞均輪的中心，其圍繞中心偏離均輪的中心,Ptolemy‘s Geocentric Universe 托勒密的地球中心學(xué)說,提出完備的以地球?yàn)橹行牡挠钪嬲摻忉屝行堑哪嫘泻土炼茸兓乙廊痪S持所有天體的運(yùn)動(dòng)都是勻速圓周運(yùn)動(dòng)天體是完美的，內(nèi)稟特征（如亮度）不變地球是宇宙的中心,Ptolemy 85-165 C.E.,行星皆以本輪的軌跡運(yùn)動(dòng)，而本輪中心依附均輪的大正圓繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)水星、金星的本輪中心和地球及太陽(yáng)的中

6、心永遠(yuǎn)連成一條直線 ? 水星、金星與太陽(yáng)幾乎同升同落，但不能解釋金星的圓缺 眾星則依附在一個(gè)最外層的大天球上,本輪,西方思想停滯的中世紀(jì),托勒密于公元150年在長(zhǎng)達(dá)13卷名為Almagest (The Greatest《天文學(xué)大成》/《至大論》）的巨著中發(fā)表了他的地球中心說這個(gè)理論所預(yù)測(cè)的行星位置和實(shí)際位置的誤差在數(shù)度之內(nèi)，因此主宰西方世界約1500年之久！*阿拉伯伊斯蘭文明興起*,2。天文學(xué)的發(fā)展期,哥白尼：太陽(yáng)中心說，發(fā)展的起

7、點(diǎn)（首次揭示真實(shí)）第谷（·布拉赫）：杰出的觀測(cè) 開普勒：行星運(yùn)動(dòng)定律；理論直覺伽利略： “首次”使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空 (1609)，他的天文與物理發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了古希臘學(xué)說,Copernicus’s heliocentric universe哥白尼的太陽(yáng)中心學(xué)說,>,Nicolai Copernicus1473-1543 Poland,對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單解釋,逆行：小軌道行星（地球）比大軌道行星（火星）繞日公轉(zhuǎn)得更

8、快亮度變化：行星到地球的距離在變化,哥白尼學(xué)說的意義,亞里斯多德體系的3個(gè)主要錯(cuò)誤觀點(diǎn)：1。中心； 2。運(yùn)動(dòng)； 3。物質(zhì)哥白尼挑戰(zhàn)了1，但沒有挑戰(zhàn)2，且隱含了3革命掉地球是太陽(yáng)系的中心但仍假設(shè)勻速圓周運(yùn)動(dòng)（行星軌道實(shí)際上是橢圓）仍不能解釋行星運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié) ? 需要本輪，但與托勒密體系相比，因?yàn)樘?yáng)在中心，所以大多數(shù)情形只需很少的本輪由于托勒密體系是教堂根深蒂固的教條，而且日心說預(yù)測(cè)天體運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性和地心說不相上下，所

9、以并不為當(dāng)時(shí)的人普遍接受。但拉開了現(xiàn)代天文學(xué)發(fā)展的序幕，開普勒、伽利略以及牛頓的工作徹底摧毀了亞里斯多德思想體系,薩摩斯島的亞利斯塔克,Samos 薩摩斯島的Aristarchus (亞利斯塔克，310-230 BC）早在哥白尼之前就提出了太陽(yáng)中心說由于觀測(cè)不支持地球在運(yùn)動(dòng)，他的模型當(dāng)時(shí)是不被接受的，直到哥白尼再次提出了太陽(yáng)中心說,Uraniburg,第谷· 布拉赫(Tycho Brahe 1546-1601 )的杰出觀測(cè),

10、丹麥貴族、受寵天文堡、煉金屬士 失寵，1588，布拉格，與 開普勒（因戰(zhàn)爭(zhēng)）偉大會(huì)晤 禮節(jié),第谷· 布拉赫的重要天文貢獻(xiàn),在望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前，做了最好的天文儀器和最精確的觀測(cè)對(duì)行星特別是火星的觀測(cè)為開普勒建立正確的太陽(yáng)系模型提供了至關(guān)重要的數(shù)據(jù)1572發(fā)現(xiàn)一顆超新星，現(xiàn)為第谷超新星（遺跡）1577發(fā)現(xiàn)一顆彗星恒星視差不能很好理解自己所得觀測(cè)數(shù)據(jù)的意義曾提出流行一時(shí)的太陽(yáng)系模型：地球?yàn)橹行?，太?yáng)繞地球轉(zhuǎn)，但行星

11、繞太陽(yáng)轉(zhuǎn),開普勒 Johannes Kepler (1571-1630) 行星運(yùn)動(dòng)定律（理論直覺）,生于德國(guó)，貧困多病，聰明，獎(jiǎng)學(xué)金，路德教會(huì)任職；學(xué)習(xí)哥白尼學(xué)說 為逃避30年戰(zhàn)爭(zhēng)，移居布拉格，成為布拉赫的助手利用完備的火星數(shù)據(jù)，于1605發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)定律（1609發(fā)表）開普勒式望遠(yuǎn)鏡,開普勒第一定律：軌道形狀,所有行星皆以橢圓軌道環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)行，而太陽(yáng)位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上,在地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)過程中，日地距離連續(xù)變化,perihel

12、ion 近日點(diǎn) aphelion 遠(yuǎn)日點(diǎn),開普勒第二定律：行星速度,行星和太陽(yáng)的（假想）連線在相同的時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積 ? 行星越接近太陽(yáng)則運(yùn)行速度越快,近日點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)最快 遠(yuǎn)日點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)最慢,開普勒第三定律：軌道周期,行星公轉(zhuǎn)周期的平方和其到太陽(yáng)的平均距離的立方成正比 (公轉(zhuǎn)周期)2 = (常數(shù)) x (平均距離)3 公式中的常數(shù)適用于行星以及一切環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的人造或天然物體,P2 ~ R3：公轉(zhuǎn)周期平方之比等于半長(zhǎng)

13、軸立方之比軌道半長(zhǎng)軸越大，則公轉(zhuǎn)周期越大距太陽(yáng)最近的水星繞太陽(yáng)一周僅需88天冥王星公轉(zhuǎn)周期248年,,土星 木星 火星 地球 金星 水星,開普勒猜測(cè)：太陽(yáng)對(duì)行星的磁吸引開普勒三定律適用于由于引力而造成的繞任何物體轉(zhuǎn)動(dòng)的任何物體的軌道運(yùn)動(dòng),伽利略：望遠(yuǎn)鏡與運(yùn)動(dòng)學(xué)定律,Galileo Galilei (1564-1642),意大利天文學(xué)家與物理學(xué)家（現(xiàn)代天文學(xué)和物理學(xué)之父。愛因斯坦如是說）提供了證明哥

14、白尼學(xué)說至關(guān)重要的天文觀測(cè)奠定了正確理解物體在地球表面運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)和引力的基礎(chǔ),望遠(yuǎn)鏡不是伽利略發(fā)明的，荷蘭商人發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡伽利略是“第一個(gè)”(1609年)使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天空的人，首次利用儀器增強(qiáng)人類的天文觀測(cè)能力,伽利略與望遠(yuǎn)鏡,伽利略的主要天文發(fā)現(xiàn),月球上有山脈地形，有隕坑，命名環(huán)形山太陽(yáng)黑子，且運(yùn)動(dòng) ? 太陽(yáng)自轉(zhuǎn)這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)證明天空并非完美繞木星旋轉(zhuǎn)的4顆衛(wèi)星（現(xiàn)稱為伽利略衛(wèi)星），表明宇宙有其它“中心”，地球不是唯一的轉(zhuǎn)動(dòng)

15、中心金星亦有盈虧（~月相），證明它必繞太陽(yáng)運(yùn)行，而不是本輪。因此支持哥白尼體系，否定托勒密體系,*伽利略的落體實(shí)驗(yàn)*,距離與時(shí)間的平方成正比著名的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)可能是不真實(shí)的?？梢钥隙ǖ氖琴だ岳斫饬似渲械脑?，可能作了類似的斜面實(shí)驗(yàn)來理解物體的運(yùn)動(dòng)定律引力產(chǎn)生的加速度與物體的質(zhì)量無關(guān)是牛頓引力理論的基礎(chǔ),*慣性概念*,對(duì)物理學(xué)的最大貢獻(xiàn)也許是關(guān)于慣性的概念：除非施加外力，運(yùn)動(dòng)物體具有的慣性使它保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)慣性

16、概念是牛頓定律的基石，其本身成為牛頓第一定律,伽利略晚年被迫公開放棄哥白尼觀點(diǎn),哥白尼和開普勒沒有真正引起教會(huì)的重視伽利略挑戰(zhàn)了教堂的權(quán)威（亞里斯多德的宇宙觀）。宗教裁判所定罪為“研究科學(xué)”，被終身監(jiān)禁（10年）。 “畢竟地球還在轉(zhuǎn)動(dòng)”真理與權(quán)威沖突的一個(gè)悲劇,3。牛頓的引力理論Sir Isaac Newton (1642-1727),最偉大的科學(xué)家之一，25歲前完成主要科學(xué)貢獻(xiàn)微積分：用數(shù)學(xué)描述物理運(yùn)動(dòng)學(xué)三定律萬有引力定律

17、光的微粒理論 制造第一個(gè)反射式光學(xué)望遠(yuǎn)鏡 《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》教授，神學(xué)家，煉金屬士，造幣廠長(zhǎng)，皇家學(xué)會(huì)主席，議員,劍橋大學(xué)的三一學(xué)院,*牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)三定律*,慣性定律F = ma 作用力與反作用力,,萬有引力定律和蘋果的故事,月球,,萬有引力定律,萬物皆有吸引萬有引力常數(shù)很小，當(dāng)物體質(zhì)量很小時(shí)，它們之間的引力便微不足道看不到日常物體的相互吸引，例如兩個(gè)人由于萬有引力而相互碰撞,*有關(guān)引力有趣的例子*,人和木星對(duì)你的引力

18、基本相同嬰兒出生：醫(yī)生護(hù)士 PK 星座喜馬拉雅山使物斜立（19世紀(jì)末英探險(xiǎn)家）采礦：金屬密度大于大多數(shù)巖石密度低引力零引力,雙體系統(tǒng)的質(zhì)心,,兩種極端情況,m1>>m2 ，體系的質(zhì)心基本位于m1的質(zhì)心，即太陽(yáng)系情況--太陽(yáng)位于一個(gè)焦點(diǎn)上“不動(dòng)”，而行星環(huán)繞它在轉(zhuǎn)動(dòng)m1=m2，質(zhì)心距離m1和m2相等， m1和m2同繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)，雙（恒）星多近似為此情況,兩體近似,地球的橢圓軌道：假設(shè)宇宙中只有太陽(yáng)和地球，地球繞它

19、們的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)實(shí)際情況是，萬有引力定律表明地球不僅與太陽(yáng)相互作用，而且也與宇宙中的其它質(zhì)量相互作用：月亮，其它行星，小行星和彗星，遙遠(yuǎn)的恒星計(jì)算行星軌道可用兩體近似：太陽(yáng)質(zhì)量遠(yuǎn)大于行星和小天體；其它恒星距離太遠(yuǎn),引力攝動(dòng)和新行星的預(yù)言,其它質(zhì)量對(duì)兩體近似的偏離稱為引力攝動(dòng)，通過仔細(xì)觀測(cè)也有重要作用。如果考慮了所有已知行星對(duì)某顆行星的引力攝動(dòng)后，這顆行星的運(yùn)動(dòng)仍偏離預(yù)言，可能有兩種選擇另有未被發(fā)現(xiàn)的天體攝動(dòng)所觀測(cè)行星的軌道萬有引力定

20、律需要修正（廣義相對(duì)論）根據(jù)牛頓萬有引力定律，天文學(xué)史上恰好給出了這兩種情況,1。海王星的發(fā)現(xiàn),1781年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇耳發(fā)現(xiàn)天王星發(fā)現(xiàn)天王星的軌道預(yù)言和實(shí)際觀測(cè)不一致1845，亞當(dāng)斯與勒威耶預(yù)言在天王星的軌道以外還有一顆未知的大行星1846，德國(guó)柏林天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)伽勒發(fā)現(xiàn)海王星,,2。牛頓引力攝動(dòng)以外的效應(yīng),萬有引力定律的偉大是顯而易見的，仔細(xì)的計(jì)算越來越精確解釋了行星的軌道以至于任何軌道觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)言的偏離

21、都被認(rèn)為是太陽(yáng)系中“不可見”質(zhì)量的證據(jù)但是觀測(cè)到的水星軌道的不規(guī)則卻是假設(shè)一個(gè)新行星所產(chǎn)生的引力攝動(dòng)所不能解釋的。所假設(shè)的新行星，祝融星(Vulcan)， 也是不存在的20世紀(jì)初，愛因斯坦的廣義相對(duì)論發(fā)展了牛頓的萬有引力定律,水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng),5600角秒/100年（金星等）引力攝動(dòng)解釋5557角秒愛因斯坦廣義相對(duì)論解釋另外的43角秒（太陽(yáng)附近強(qiáng)引力）早期愛因斯坦廣義相對(duì)論的重要證據(jù)所有其它行星軌道的進(jìn)動(dòng)可用牛頓引力攝動(dòng)解釋

22、,4。愛因斯坦的相對(duì)論,牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律的適用范圍：低速（速度遠(yuǎn)小于光速）可指導(dǎo)飛船：經(jīng)過幾年飛行幾十億千米到達(dá)目的地的誤差僅有幾分鐘牛頓萬有引力定律適用于弱引力場(chǎng)，例如太陽(yáng)系（水星除外）,高速和強(qiáng)引力場(chǎng),高速（v>0.1c）情況下會(huì)發(fā)生什么新現(xiàn)象？強(qiáng)引力場(chǎng)的時(shí)空性質(zhì)如何？愛因斯坦(Albert Einstein 1879-1955)對(duì)空間和時(shí)間中的運(yùn)動(dòng)和引力做出了新的詮釋：狹義相對(duì)論 Special Relativity

23、 (1905)[光電效應(yīng)，質(zhì)能方程，布朗運(yùn)動(dòng)（1905）]廣義相對(duì)論 General Relativity (1915),狹義相對(duì)論,基本物理學(xué)定律不依賴于實(shí)驗(yàn)者的位置和運(yùn)動(dòng)靜止的實(shí)驗(yàn)者和在勻速直線運(yùn)動(dòng)火車或火箭中的實(shí)驗(yàn)者得到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如果勻速直線運(yùn)動(dòng)火車或火箭中的實(shí)驗(yàn)室是封閉的，那么沒有實(shí)驗(yàn)可以證明實(shí)驗(yàn)者在運(yùn)動(dòng)光速不變光速和測(cè)量者的相對(duì)速度無關(guān)假設(shè)火箭速度c/2，靜止觀測(cè)者和火箭上的觀測(cè)者測(cè)量到的光速相同，而不是1

24、.5倍=火箭速度+光速要得到相同的光速（=距離/時(shí)間），兩個(gè)觀測(cè)者對(duì)距離和時(shí)間的理解必定不同,相對(duì)論的意義,所有運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)于一個(gè)選定的參考系，這正是愛因斯坦相對(duì)論中“相對(duì)” 的真正含義長(zhǎng)度、時(shí)間和質(zhì)量依賴觀測(cè)者相對(duì)于所選定的參考系的運(yùn)動(dòng)處于不同運(yùn)動(dòng)（參考系）中的觀測(cè)者在各自的參考系中如果要得到相同光速的唯一辦法是：他們的“米”和“秒”不同，即長(zhǎng)度和時(shí)間是相對(duì)量,狹義相對(duì)論效應(yīng)（1，2）,對(duì)于高速勻速運(yùn)動(dòng)的物體，一個(gè)靜止的觀測(cè)者將

25、會(huì)發(fā)現(xiàn)：長(zhǎng)度收縮 (length contraction) [ 尺子變短 ] 時(shí)間膨脹 (time dilation) [ 時(shí)鐘變緩 ]但是，處于高速運(yùn)動(dòng)物體內(nèi)的觀測(cè)者將看到其內(nèi)部的長(zhǎng)度和時(shí)間都是正常的但其外部世界的長(zhǎng)度收縮和時(shí)鐘變緩,光速不變!,狹義相對(duì)論表明光速最大，光速是任何力（引力）所引起的最大速度但是牛頓的引力理論暗示光速可無限大，因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)物體靠近時(shí)引力將連續(xù)變?yōu)闊o限大,宇宙射線 cosmic rays：極好的

26、例子,宇宙射線（極高能[高速]粒子，多為質(zhì)子）在通過地球大氣外層時(shí)產(chǎn)生大量做相對(duì)論速度運(yùn)動(dòng)(~ 0.995c)的μ介子μ介子壽命2.2*10-6 s ，最多穿行600米。但它們卻在穿越100千米后到達(dá)地球表面這是因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于我們的運(yùn)動(dòng)速度接近光速，因此它們內(nèi)部的時(shí)鐘（相對(duì)于靜止的我們）比靜止μ介子的時(shí)鐘慢得多但是在快速運(yùn)動(dòng)μ介子的參考系中，其時(shí)鐘運(yùn)轉(zhuǎn)正常， 其壽命仍為2.2*10-6 s（大氣層厚度縮短）,物質(zhì) = 能量,物質(zhì)和

27、能量可以互相轉(zhuǎn)換：能量和物質(zhì)等效愛因斯坦質(zhì)能方程： 能量 = 質(zhì)量 × (光速)2 E = mc2 靜止能量；靜止質(zhì)量,狹義相對(duì)論效應(yīng)（3）,對(duì)于勻高速運(yùn)動(dòng)的物體，一個(gè)靜止的觀測(cè)者將會(huì)發(fā)現(xiàn)：3. 物體的質(zhì)量增加,*洛侖茲變換*,狹義相對(duì)論的3個(gè)“詭異”效應(yīng)只有在速度大于 ~0.1C 時(shí)才能察覺諸多實(shí)驗(yàn)已經(jīng)驗(yàn)證狹義相對(duì)論的正確性,你身體的能量甚至可以“巨大無比

28、”！,四維時(shí)空 Four-dimensional spacetime,時(shí)間和空間是相對(duì)于觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)的，且不互相獨(dú)立時(shí)間和空間在一起構(gòu)成四維時(shí)空（三維空間和一維時(shí)間）這不奇怪：宇宙距離以光年為單位一個(gè)事件既有發(fā)生的時(shí)間也有發(fā)生的地點(diǎn)，事件是發(fā)生在時(shí)空里的,廣義相對(duì)論 General Relativity (GR),愛因斯坦把狹義相對(duì)論發(fā)展為包括引力和非勻速（加速度）運(yùn)動(dòng)的情況，即廣義相對(duì)論。這是受到兩種方法測(cè)量到相同質(zhì)量的啟發(fā):

29、,F = ma,m ：低抗運(yùn)動(dòng)改變(加速度，慣性）的大小的量度,m：所感受到的吸引力的大小的量度,這正是伽利略發(fā)現(xiàn)所有物體都以相同加速度下落的推論 ? 引力可等效于加速度,,“愛因斯坦的電梯實(shí)驗(yàn)”,靜止在地球表面 g= 9.8 m/s2,無引力場(chǎng)中向上加速度 a = g = 9.8 m/s2,兩個(gè)電梯中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同：小球下落的加速度都是 9.8 m/s2,等效原理 Equivalence Principle,“在一個(gè)封閉的小空間內(nèi)

30、沒有實(shí)驗(yàn)?zāi)軈^(qū)分引力場(chǎng)和等效的勻加速度”等效原理是廣義相對(duì)論的基石,失重與超重,失重（因地球引力）自由落體的電梯中遠(yuǎn)離任何天體（零引力場(chǎng)）的電梯中沒有實(shí)驗(yàn)?zāi)軈^(qū)分以上兩種情況地球引力場(chǎng)中電梯加速向上 ? 超重,,光線彎曲 Light Bending,等效原理 ? 光線在強(qiáng)引力場(chǎng)中要彎曲,三種情況下，電梯外的觀測(cè)者均看到光沿水平方向運(yùn)動(dòng)！,,引力是時(shí)空的彎曲,時(shí)空兩點(diǎn)之間光走最短距離。如果空間彎曲，則光線彎曲加速度?光線彎曲加

31、速度?引力愛因斯坦假設(shè)：所謂的引力其實(shí)就是時(shí)空彎曲的結(jié)果！,月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng),牛頓力學(xué)：月球受到地球的引力廣義相對(duì)論：地球質(zhì)量扭曲其附近的時(shí)空，月球在不平坦的時(shí)空以最自然的方式運(yùn)行，即繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的曲線,引力=時(shí)空彎曲的觀測(cè)證據(jù),預(yù)言：光線彎曲從大質(zhì)量天體附近經(jīng)過的光線要彎曲。質(zhì)量越大，彎曲程度越大日全食提供了極好的觀測(cè)驗(yàn)證機(jī)會(huì)（愛丁頓）,Who is greater?,Newton: theory of gravity and

32、the tool (calculus,儀器與實(shí)驗(yàn))Einstein: theory of relativity, not tool (張量分析),Who next one?,時(shí)代在召喚！,一個(gè)世紀(jì)以前的兩朵烏云: “以太”與“黑體譜”－ 導(dǎo)致了世紀(jì)性的成果—相對(duì)論與量子力學(xué)本世紀(jì)初天文學(xué)乃至整個(gè)物理學(xué)正面臨著嶄新的挑戰(zhàn)，即暗能量和暗物質(zhì)這兩大朵“烏云”會(huì)導(dǎo)致什么？上世紀(jì)初愛因斯坦創(chuàng)立了相對(duì)論。時(shí)代在召喚更偉大的科學(xué)家，暗物質(zhì)

33、與暗能量也許正在呼喚新的”Einstein”！“MOND （修正的牛頓引力）PK 暗物質(zhì)暗能量?”,擴(kuò)展閱讀,《天文學(xué)簡(jiǎn)史》（牛津通識(shí)讀本）霍斯金(Michael Hoskin)著、陳道漢譯，譯林出版社，(2010-06出版)《天文學(xué)簡(jiǎn)史》 G.伏古勒爾 著，羅玉君、李珩 譯， 中國(guó)人民大學(xué)出版社 (2010-04出版)《劍橋插圖天文學(xué)史》霍斯金主編，江曉原等譯，山東畫報(bào)出版社，2003年3月出版《科學(xué)世界》2010