愛因斯坦有哪些驚人預測?

如題


---------2月29日更新(正經向)

下述三件微小的工作只是愛因斯坦在專利局的工作,已變成常識。愛因斯坦的一些宇宙學的理論在當今科學仍然有重大的影響,主要原因是因為過去的實驗條件不允許,並沒有那麼神化。
廣義相對論方面的有:引力波,宇宙學常數,蟲洞,引力透鏡
量子物理方面的有:EPR,玻色愛因斯坦凝聚,雖然這樣愛因斯坦對量子力學的貢獻算是微小的,只是在量子力學創立之前提出了波粒二象性
數學方面的有:省草稿紙
等等
值得一提的是統一場論的研究沒有什麼成果,可以理解為當時物理學的發展進度做統一場論還為時尚早。愛因斯坦的偉大之處在於成果豐碩,跨越了多個物理學領域,一己之力創立廣義相對論。
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以下正文

我的經歷,是大學畢了業之後失了業,我想我應該去專利局偷偷搞自己的研究,於是我給專利局長寫了封信,他說歡迎你來,我就去了。
到了專利局我幹了這幾年也沒什麼別的,大概三件事
一個,確立了布朗運動的分子動力學
第二個,把洛倫茲的理論列入電動力學
第三個,就是光電效應
如果說還有一點成績就是質能轉換的公式
這個對美國軍隊的命運有很大的關係
因為我後來又幹了五年零八個月
等於說我在專利局幹了7年的專利員
還有15年廣義相對論也是很大的
但是這些都是次要的,我主要的就是三件事情
很慚愧,就做了一點微小的工作,謝謝大家。


然後我在德國柏林當了幾年教授,我想我應該到美國當教授
於是我給普林斯頓寫了封信,他們說歡迎你來,不過你需要做個報告,做什麼報告我忘了,但是我在美國物理學會的學報上發了幾個文章,得到他們好幾百個教授一致通過!


一、搖籃悠悠
公元1879年3月14日(大清光緒五年),阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)出生於德意志帝國符騰堡王國烏爾姆市(距離首府斯圖加特100公里)。符騰堡巴伐利亞黑森、巴登同為南德意志邦國(見下圖的深黃色部分),長期遊離於傳統盟主奧地利君主國與新教實力派普魯士之間。直到1871年普法戰爭後加入俾斯麥創建的新德意志帝國

筆者須明確指出,世界近代史上絕大多數猶太名家都有著德語姓氏,來自德意志帝國、奧地利—匈牙利共同君主國、瑞士的版圖範圍內(中歐地區)。從盤踞老歐洲的著名金融巨頭羅斯柴爾德沃伯格,開拓新大陸的華爾街投資銀行家庫恩雷波賽利格曼希夫高盛,再到共產主義思想的祖師爺馬克思,精神分析學派創始人弗洛伊德,本文主角科學家愛因斯坦都是典型代表。

德意志民族的神聖羅馬帝國,版圖囊括了今天的德意志、義大利、低地國家、瑞士和法國東部部分地區。
中歐地區自中世紀以來長期是歐洲的政治重心(神聖羅馬帝國),然自大航海時代,海權壓倒陸權的大棋局下,逐漸落後於得大西洋貿易之便利的荷蘭、英國和法國(西歐)。但在17世紀自然科學革命初期,得新時代之風氣,也湧現了開普勒萊布尼茨這樣的領軍人物。

Johannes Kepler, (1571-1630 ) and Gottfried Wilhelm Leibniz,(1646-1716)
開普勒出生於生於符騰堡的威爾德斯達特鎮,作為宮廷天文學家,長期為神聖羅馬帝國效勞,1630年三十年戰爭期間,卒於巴伐利亞的雷根斯堡,他是愛因斯坦的標準的同鄉。

公元1800年之後,隨著法國大革命的衝擊以及工業革命的擴散,中歐強國普魯士、奧地利迎來了陸權的復興,成功地引領第二次工業革命的浪潮,並將這股改變世界的正能量源源不斷地吹送給東歐與俄羅斯,以及更加遙遠的東方。

二、奇蹟年
1905年是科學史公認的愛因斯坦的豐收年、奇蹟年,除了博士論文(《分子大小的新測定法》)外,愛因斯坦還連續完成了5篇重要論文,每一篇都開闢了新天地,粗略計算,足以榮獲4次諾貝爾物理學獎。

3月18日,《關於光的產生與轉化的一個試探性觀點》,引入量子論,解釋光電效應,提出光量子學說;(第1篇)
4月30日,《分子大小的新測定法》,博士論文(第2篇)
5月11日,《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子運動》(第3篇)
6月30日,《論運動物體的電動力學》(第4篇),系統的提出了狹義相對論;
9月27日,《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》(第5篇),質能關係方程,ΔE=Δm·c^2,這是核反應能量的來源,實際上統一了質量守恆能量守恆兩大定律。堪稱是人類文明史上最簡潔、最深刻、最家喻戶曉的公式。
12月19日,《關於布朗運動的理論》(第6篇)

(17個改變了世界的公式及其發現者、發現時間,圖片來源:胡哲的新浪微博)

其中,第2、3、6篇都是關於熱力學的分子動理學,也是前幾年他的研究毛細現象成果的延續。包括分子大小的測定,阿伏加德羅常數N的測定,解釋布朗運動,間接支持了分子的存在。
他的系列論文充滿了革命性思想,卻只用了大學本科的數學工具,還沒有任何參考文獻。這樣的事情今天是絕對不可想像,也絕不可能再發生了!幸運的是,這些文章被送給量子論的創始人普朗克審稿,此公水平高超、思想活躍,又從來不壓制年輕學者,一句話,不是「反動學術權威」。很快,文章都被推薦到德國物理年鑒上發表。
此後,他又連續發表論文,建立起狹義相對論的全部框架體系。

自從近代自然科學誕生以來,除了富有傳奇色彩、且撲朔迷離的牛頓的豐收年(1666年)以外,再也沒有能與此比擬的奇蹟年了。
(筆者註:1665年-1666年,劍橋發生瘟疫,牛頓暫時在鄉下躲避,按照其本人的說法,他對微積分和萬有引力的構思,都在這一階段形成。後世廣泛流傳的蘋果落地的思考,也發生在這一時期。然而,許多嚴謹的科學史專家認為,僅僅有構思還遠遠不能代表理論體系的成熟,微積分和萬有引力定律的完成,實質上是在1680年左右,《自然哲學之數學原理》第一版於1687年正式發表。鑒於萊布尼茨正式發表微積分的論文是在1677年。所以,也有人認為,牛頓為了保護自己微積分的發現權,有意提前了自己的發現時間。而愛因斯坦的狹義相對論的成熟,有確切的論文可以考證,確鑿無疑。兩個奇蹟年,實際上有傳說與信史的差別。)

1905年以前,許多科學家都接近狹義相對論的發現,除了洛倫茲提出洛倫茲收縮洛倫茲變換,拉莫爾已經推導出了運動時鐘變慢的鐘慢公式;數學物理大師龐加萊已經正確地闡述了相對性原理,並推斷真空光速c是常數,很可能是極限速率,存在以光速傳播的引力波。其餘的運動物體的質量公式質能方程均有人給出。
但是,首先正確闡述狹義相對論,並給出了完整的理論體系和上述全部結論的是阿爾伯特·愛因斯坦。這是因為,只有他在「相對性原理」和「光速的不變性(絕對性原理)」兩大基本概念上同時取得了突破。
龐加萊在去世前夕(可能是1912年,我無法確定),應瑞士蘇黎世工業大學邀請,對愛因斯坦申請教授席位發表了意見:
「愛因斯坦先生是我所知道的最有創造思想的人物之一,儘管他還很年輕,但已經在當代第一流的科學家中享有崇高的地位......不過,我想說,並不是他的所有期待都在實驗可能的時候經得住檢驗。相反,因為他在不同方向上的摸索,我們應該想到,他所走的路大多是死胡同。不過,我們也應該同時希望,他所指出的方向中會有一個是正確的,這就足夠了。」——看來,龐加萊大師還挺有風險投資機構的眼光,認為只要有一個項目成功,就足以對得住給他大學教授的席位。
然而,歷史的演變已經殘酷地證明,愛因斯坦在1905年指出的所有方向都是正確的!愛因斯坦讓機構投資者獲得了5~6倍的預期收益!

三、廣義相對論
在牛頓的萬有引力定律中,引力是瞬時傳播,超距作用,從一點到另一點並不需要時間(雖然牛頓同志也覺得這其中很有問題,但當時的科技水平只能勉強給出這樣的解釋);而狹義相對論認為光速c是物體運動的極限速率。
在廣義相對論中引力(即時空彎曲)的傳播需要時間,引力的傳播速度是光速c。如果引力源頭處的時空彎曲程度(可以用曲率撓率描述)隨著時間變化,這種變化(時空漣漪)就會以光速c向遠方傳播,這就是引力波。
早在1905年,狹義相對論誕生前夕,法國數學物理大師龐加萊就猜測可能存在以光速傳播的引力波。1905年,愛因斯坦為了能夠將萬有引力納入相對論的框架,開始研究引力,1907年提出等效原理,1911年得到光線在引力場中發生彎曲的推論,1913年開始與好朋友格羅斯曼一起將黎曼幾何引進萬有引力研究,1915年他與德國數學家希爾伯特討論後不久,終於得到了場方程的正確形式。
用愛因斯坦場方程可以精確地計算出,四維動量的存在如何影響四維時空的彎曲。這是由10個二階非線性偏微分方程組成的方程組,非常難解。

1915年,愛因斯坦本人只給出了場方程的近似解,提出了著名的三大驗證方案:引力紅移軌道進動光線偏折。至1919年,都得到了天文學觀測的支持,愛因斯坦因此震動全世界,成為絕無僅有的與牛頓相提並論的科學巨人,物理學界的眾神之神萬神之神。
必須指出,狹義相對論和廣義相對論的難度不可同日而語——1905年前後,洛倫茲、拉莫、龐加萊等大批科學家都已經接近狹義相對論的發現,只差臨門一腳。1915年發表廣義相對論時,愛因斯坦則遠遠超前於那個時代的所有科學家,除了他,沒有人接近廣義相對論,愛因斯坦自豪地說:「如果我不發現狹義相對論,那麼5年之內肯定也會有人發現它;如果我沒有發現廣義相對論,50年之內也不會有人發現它!

平心而論,不吹不黑,我認為這段話符合科學發展史,聯想一下當時的技術背景,如果愛因斯坦本人沒有積極攻關,僅僅停留在狹義相對論階段,那麼,隨著量子力學、電子工程(主要是無線電和雷達技術)、天文學的發展,系列重大發現,如宇宙學紅移和哈勃定律要等到1929年才被正式提出;而3K背景微波輻射、脈衝星、類星體(主要藉助於射電望遠鏡)的發現要等到1960年代才有技術可行性。然後,才會有科學家為解釋新發現,運用當代的數學工具,提出廣義相對論,並逐步驗證其主要理論預測。

1916年,也就是第一次世界大戰打得最激烈的半途間(陸地上2月—7月的凡爾登戰役、7月的索姆河戰役,還有5月30日德意志海軍為打破英國皇家海軍的封鎖而展開的日德蘭海戰,都集中在此年發生),德國數學家史瓦西(Karl Schwarzschild)在東線戰場(俄國)服役期間,給出了場方程的靜態球對稱真空解,這是一個嚴格解。使用這個解,可以算出著名的三大驗證的數學結果,還可以用於研究最簡單的黑洞——史瓦西黑洞(靜止、不帶電的黑洞的構造。
史瓦西半徑 r=2GM/c^2

他把論文寄給了愛因斯坦之後,由愛因斯坦協助發表在普魯士科學院會刊(Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften),然而不幸的是,此文發表時,43歲的史瓦西已經染病離開了人世間,這是物理學界的重大損失!
順便提一下,同年去世的人物,還有中華民國北洋政府正式大總統軍事獨裁者、當了83天洪憲皇帝的袁世凱;還有就是86歲高齡的奧地利皇帝、匈牙利國王——弗蘭茨·約瑟夫(1848年—1916年在位)。

(圖片來源:賽先生微信公眾號);

引力場與電磁場的最大不同,就是輻射方式;除此之外,萬有引力、電磁相互作用的相似性還真不是一般的多,茲列舉如下:
(1).強相互作用的範圍是10^-15m,也就是原子核的尺度;弱相互作用的範圍是10^-17m,超出它們的勢力範圍,就迅速衰減為0了!
萬有引力、電磁相互作用都是長程作用,理論上可以傳播到無窮遠處
(2).數學表達式非常相似,都是場強與距離呈現平方反比規律,但常數G和k的數量級相差懸殊;
(3).引力波、電磁波的傳播速率都是真空光速c,在標準粒子模型里,光子、引力子都是靜質量為0的粒子。光子的自旋量子數為1,引力子的自旋量子數為2。任何粒子的運行速度都不能超過真空光速。這個數值,麥克斯韋方程組就已經給出了:

(4).從前,我只知道電磁力有吸引和排斥兩種作用,現在看來,考慮到1998年美國、澳大利亞天文學家根據Ia型超新星(標準燭光、量天尺),測定出宇宙在加速膨脹,間接證明了暗能量的存在,甚至可以大膽假設,引力也應該存在吸引和排斥作用


希望規範場理論廣義相對論微分幾何大躍進,早日把萬有引力納入超統一理論。

很好,很好,你思考問題的方式,成功地吸引了全人類的注意!

你我之間,本無瓜葛,全靠深邃優雅的自然法則溝通!
(圖片來源:東東和西西微信號)

四、宇宙學與引力波
1917年,即俄國二月革命和十月革命爆發之歲,愛因斯坦將廣義相對論推廣到天體物理中,建立了一個宇宙模型。宇宙的三維空間是有限無邊的,且不隨時間變化。從加入宇宙項的場方程出發,他計算出了一個靜態、均勻、各向同性的、有限無邊的宇宙模型,被稱為愛因斯坦靜態宇宙模型。
1922年,即蘇維埃社會主義共和國聯盟隆重開張之歲,蘇聯科學家弗里德曼應用不加宇宙項的場方程,得到了膨脹的、脈動的宇宙模型。但當時尚未得到廣泛認可。
1927年,比利時神父勒梅特得到了類似的宇宙模型。這位神父頗有17世紀耶穌會學者的風範,能夠掌握當時最高深的場方程。
1929年,芝加哥大學畢業,牛津大學羅茲獎學金獲得者,星系天文學的創始人,富有傳奇色彩的美國天文學家埃德溫·哈勃( Edwin Hubble根據長期以來的光譜觀測資料,發現除了少數本星系群內的星系,絕大多數星系都在遠離銀河系而去,而且退行速度與距離成正比。至此,宇宙膨脹學說得到理論和天文學觀測兩方面的支持。愛因斯坦終於面對現實,承認了此前的失誤。

愛因斯坦為宇宙項的加入後悔莫及,認為這是他一生中犯下的最大錯誤。宇宙項的引入,就如同《一千零一夜》中,漁夫釋放出寶瓶的魔鬼,再也收不回去了。

引力波的發現,長達20年的難產兒!

1933年,納粹黨通過議會道路成功組閣,完成了氣勢如虹的竄升。愛因斯坦為躲避納粹黨在中歐地區的崛起,離開了歐洲,移民美國,定居新澤西州,就職於新建成的普林斯頓高等研究院
1937年,愛因斯坦和助手羅森完成了一篇研究引力波的論文,認為引力波不存在,投稿給美國期刊《物理評論》Physical Review)。編輯部找到了著名物理學家審稿,這位專家寫下了長達10頁的評審意見,認為此論文有問題。編輯部把評審意見匿名後轉交給愛因斯坦,並告訴他,在他按照審稿意見修改或做出令審稿專家滿意的答覆前,此論文不能發表。愛因斯坦勃然大怒:我老愛是什麼樣的人物?我是相對論這一物理學革命體系的締造者和創始人,居然有人敢這樣居高臨下地向我的革命理論開火!他寫了一封信給編輯部:「我十分抱歉,不知道貴刊還需要審稿,我沒有授權你們把我的稿件拿給別人。請把稿件退還給我。」於是,編輯部退還並附帶回信:「尊敬的愛因斯坦教授,我們也十分抱歉,我們不知道您不了解敝刊需要審稿。」
此時,羅森已經離開美國,返回蘇聯。好友兼學生英費爾德來拜訪,愛因斯坦拿出論文以及評審意見,問他有何看法。此公在1930年代與導師合作完成科普著作《物理學的進化》(The Evolution of Physics),主要介紹物理學觀念從伽利略、牛頓時代的經典理論發展到現代的場論、相對論和量子論的演變歷程。英費爾德閱讀後拿不定主意,但想到本地有一位霍華德·羅伯特教授,正在研究廣義相對論。於是乎,英費爾德在咖啡館約見羅伯特,給他看了稿件和評審信件,徵求其高明見解。羅伯特看完後指出了錯誤之處。英費爾德又去見愛因斯坦,轉告羅伯特的觀點。愛因斯坦仔細看後,發現自己的論文果然有錯,於是他改寫了論文,結論:引力波存在。他在論文結尾對羅伯特教授表示特別鳴謝,「感謝我的同事羅伯特教授在澄清原文中的錯誤時給予的親切幫助」。然後將論文投給另一個期刊《富蘭克林研究所雜誌》 Journal of the Franklin Institute)。
愛因斯坦對《物理評論》耿耿於懷,從此不再給《物理評論》投任何論文。幾十年過去了,彈指一揮間,2005年,當年的評審意見解密了,原來那位說愛因斯坦論文有錯誤並寫下10頁審稿意見的專家就是羅伯特教授。

1937年3月—9月,愛因斯坦參加由英費爾德執筆的通俗讀本《物理學的進化》的編寫工作;6月,與英費爾德和霍夫曼合作完成論文《引力方程和運動問題》,從廣義相對論的場方程推導出運動方程,使得廣義相對論的基本方程減少為1個,而且使我們清楚地看到,在廣義相對論的框架里,引力質量慣性質量確實是同樣的事物。(幾乎與此同時,蘇聯物理學家福克也獨立完成了這一工作)

間接驗證與直接驗證

自從愛因斯坦理論上預測了引力波的存在後,全世界的頂尖物理學家都在想方設法,從實驗角度檢測到引力波,就像19世紀末期德國物理學家赫茲檢測電磁波那樣。
1873年,麥克斯韋從方程組出發,預測了電磁波的存在,並且根據電磁波理論傳播速率與光速接近,斷言光其實也是電磁波。
1879年11月,麥克斯韋因患肺結核而英年早逝,享年48歲,不得不說,上帝對他實在太殘酷,只要讓他再多活8年,他就可以看到赫茲實驗的成功!
愛因斯坦在做出預測時,就已經清醒地認識到,由於引力波的強度微乎其微,他在有生之年根本不可能看到成功檢測的那一天。

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2016-02-16 相對論與量子力學分割線

五、統計物理和量子力學領域的貢獻
愛因斯坦的成就遍及相對論量子力學統計物理等諸多領域。不幸地是,絕大多數人形成了思維定勢,一提到愛因斯坦,就條件反射地聯想到相對論(頂多加上狹義或廣義的區分)。
南京大學天文與空間科學學院陸埮院士(專註於宇宙學與γ射線暴研究,已經於2014年12月3日去世)指出:很多重大發現,如果是別的物理學家作出的成果,那麼這個人一定會大大地有名;不幸的是,愛因斯坦的眾多成果都籠罩在相對論的光芒之下,以至於其名不顯。
如果沒有廣義相對論,僅僅憑藉狹義相對論或者其他任何量子力學、統計物理方面的成就,愛因斯坦也足以與玻爾、薛定諤、海森堡等大師並駕齊驅;加上廣義相對論,愛因斯坦輕鬆地碾壓20世紀的其他所有物理學家,以及19世紀的法拉第、麥克斯韋,直追牛頓。事實也是如此,這兩位眾神之神、萬神之神的名聲之大,就算是小學生和未受過系統物理專業教育的公眾也如雷貫耳。
上帝說和魔鬼說
上帝說:
魔鬼說:

1916年,受激輻射理論,奠定了激光技術的基礎;也是2015年9月14日,激光干涉引力波天文台(LIGO)直接探測到引力波的實驗裝置的核心技術。

1918年,德國數學家魏爾(又作「外爾」)提出了初步的規範場模型,但遭到愛因斯坦的反對。至1922年,蘇聯科學家福克發現,在魏爾公式前加上虛數因子i,就可以很好地描述電磁場。

1925年,玻色與愛因斯坦分別獨立地提出了玻色—愛因斯坦統計。

需要科學史重視的現象是,在廣義相對論、統計物理的發展進程中,俄國/蘇聯科學家的影響力已經若隱若現。很可能與他們本身的雄厚的數學物理基礎(19世紀就已經由羅巴切夫斯基切比雪夫奠定),以及蘇聯社會主義工業化、科學教育的突飛猛進有關。《愛因斯坦傳》記載,蘇維埃政權建立初期,蘇俄就向西歐派出了科學代表團,取經問道。

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六、愛因斯坦與中國

愛因斯坦的生命歷程貫穿晚清、北洋、國民黨和中華人民共和國好幾個階段。作為中國本土的居民,我很願意搜羅一些愛因斯坦與中國的資料。值得一提的是,愛因斯坦與華人科學家楊振寧、李政道,數學家陳省身也有交往。

愛因斯坦去世後第二年,1956年,李楊合作,大膽提出了弱相互作用中的宇稱不守恆原理。只可惜,愛因斯坦看不到了!

20世紀最傑出的中國實驗物理學家、核武器元勛王淦昌的學生許良英,在極端困難的條件下翻譯了《愛因斯坦文集》。

七、統一場論:愛因斯坦未竟的事業

繼續革命的思想,
生命不息,奮鬥不止

在統一場論方面,他始終沒有成功,從不氣餒,每次都滿懷信心底從頭開始。由於他遠離了當時物理學研究的主流,獨自去進攻當時沒有條件解決的難題,因此,同1920年代的高歌猛進相反,他晚年在物理學界非常孤立。可是他依然無所畏懼,毫不動搖地走他自己所認定的道路,直到臨終前一天,他還在病床上準備繼續他的統一場論的數學計算。

昔人已乘黃鶴去,此地空餘黃鶴樓!

八、到頭這一身,難逃那一日

圖片來源(超級工程一覽)
1955年4月18日凌晨1點左右,正當新中國的周恩來總理遠赴印尼,參加萬隆亞非會議之際,美國新澤西州,阿爾伯特·愛因斯坦,因主動脈瘤破裂而逝世,享年76歲。他的遺體在新澤西州特倫頓附近的一座火葬場悄悄火化,只有他的親人在場。遵照他的遺囑,骨灰被秘密埋藏,不築墳墓,也不立紀念碑。普林斯頓大學病理科主任托馬斯·哈維,負責為愛因斯坦驗屍,經其長子漢斯·愛因斯坦同意,悄悄將愛因斯坦的大腦取出保存,留做科學研究。


萬載千世誰景仰,先生笑指方程組。
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References :


謝邀。愛因斯坦關於相對論的預測基本全都正確,而對量子力學的批評往往都錯了,甚至還變成了量子力學的重要工具,如EPR糾纏對。當然這無損於他的偉大,——錯都錯得這麼深刻!對科學的發展,深刻的錯誤比淺薄的正確有價值得多。


強答一個。玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)。愛因斯坦在1924-1925年之間預言,70年後的1995年,終於在實驗上獲得直接證據,分別由科羅拉多大學的Eric Cornell和Carl Wieman,以及MIT的Wolfgang Ketterle獨立完成。三人因此於6年之後獲得2001年諾貝爾物理學獎。

另外,同樣是廣義相對論領域,愛因斯坦最先在1917年預言的宇宙學常數——雖然被他自己後來否定了——但是1998年宇宙加速膨脹的發現,很有可能是這個宇宙學常數不為零的證據。發現宇宙加速膨脹的科學家同樣在2011年獲得諾貝爾物理學獎。

所以,通過驗證愛因斯坦的預言獲得諾貝爾獎,簡直是常態。


說一個比較天文的預言—— 微引力透鏡效應。
Gravitational microlensing

除了1919年愛丁頓勛爵士率隊出征非洲在日全食時證明廣義相對論預言的太陽邊緣的光線彎曲之外, 1936年愛因斯坦還極富預見的提出了一個非常微弱的光線彎曲效應: 微引力透鏡。 說的是, (銀河系裡其他)恆星與背景光源以及地球成一條直線時, 背景光源被顯著放大的效應。 由於三點一線的概率極其微小, 因此愛因斯坦當時認為這種效應不可能被觀測到的。

然而到今天,隨著天文觀測數據的增加和觀測技術的提高, 人類已經觀測到不少微引力透鏡事件了, 甚至用於了系外行星的搜尋之中, 成為既巧妙又強有力的天文觀測途徑, 有空詳談。

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2016.4.12 更新, 評論里有人建議放圖
找了一張形象的: Gravitational Microlensing


愛因斯坦聰明到什麼程度呢?
他在1905這一年裡就發表了5篇論文如下。
其中4篇諾獎級別。。。
《解釋光電效應》
《博士畢業論文》
《解釋布朗運動》
《狹義相對論》
《E=mc^2》
除了第二篇據說至今仍是物理學引用榜榜首的畢業論文外,其他四篇都是具有諾獎級別的文章,第一篇給了,第三篇提名了,第五篇差點給,第四篇因為沒被廣泛接受沒給。一年四篇哎。
愛因斯坦一生做過不少科學構想和預言。
大多數都重要到什麼程度呢?
我們只要在實驗上驗證其中的某一個,就可以得諾獎了。
比如01年的玻色-愛因斯坦凝聚,11年的宇宙學常數。這次的引力波也很重要。


「我不知道第三次世界大戰會用什麼武器打仗,但第四次世界大戰會用棍子和石頭。」
——愛因斯坦
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感謝點贊的各位,也感謝 @南望給出的出處,在這裡也借用一下供各位參考
第三次世界大戰
這個不能算是愛因斯坦的科學預測,讓我印象深刻的原因是這讓人看到一個科學家內心深處的良知。許多參與曼哈頓計劃的科學家在戰後都陷入世界文明將被核武器毀滅的憂慮中,這種擔憂甚至伴隨折磨他們一生,這樣的人偉大的地方不僅是他們的科學成就,還有人性光輝的閃耀。
這裡提供另外的一個典故:
1904年的今天,美國物理學家羅伯特·奧本海默誕生。奧本海默被稱作「原子彈之父」,這是因為他曾擔任「曼哈頓計劃」的實驗室主任,帶領美國科學家製造出了原子彈。然而,對於原子彈的使用奧本海默卻內心充滿了愧疚,他曾對杜魯門說:「總統先生,我雙手沾滿鮮血。」
知道杜魯門怎麼回應么?「你手上的血還沒我手上的一半多呢,你不過是在無故抱怨。」總統先生還偷偷說自己再也不要見到這個「婊子養的傢伙」。
出處:4月22日,奧本海默的生日
政客和科學家在對待人命態度上的差別上可見一斑。
至於那些成天嚷嚷「XX必有一戰」唯恐天下不亂的憤青,坦白說這些人讓我噁心,說出這種話不單暴露了他們的智商,還讓人看出他們沒有一絲對生命的敬畏。
但願愛因斯坦的這個預測永遠無法驗證。


水星進動 引力紅移 雷達回波延遲 光線彎曲等


我害怕有一天,科技會取代人與人之間的交流,我們的世界將會充斥著一群白痴。

I fear the day that technology will surpass our human interaction. The world will have a generation of idiots.


愛因斯坦不做天氣預報,更不會嘗試著做驚人的預測。建議答主有空看一看相對論,不要糾結於這些花邊消息。


太多了,就說最近的吧,1916年,愛因斯坦預言了引力波,1917年愛因斯坦奠定激光基礎。100年後的2016年用激光發現了引力波。


記得愛因斯坦對布朗運動也有貢獻,往大了說就是推動了原子—分子論被主流接受。
是的,當時主流科學界不接受原子分子論,孤軍奮戰的玻爾茲曼還疑似為之自殺。
1905年愛因斯坦寫了幾篇論文,其中一篇是博士論文,計算了不規則運動的均方根和N,並預測了運動的最小時間間隔。
1908年,佩蘭做實驗把愛因斯坦的預測證實了……(時間可能是發表論文的)
愛因斯坦因此獲得諾獎提名,最後沒給他。傳說是因為覺得因為統計物理學頒給他諾獎太奇怪了……
記性不好,有出入的地方希望大神們糾正


引力透像
有證據表明恆星質量黑洞以及超大質量黑洞是某些天體例如活動星系核和微類星體發射高強度輻射的直接成因。光線在引力場中的偏折會形成引力透鏡現象,這使得人們能夠觀察到處於遙遠位置的同一個天體的多個成像。
引力波
廣義相對論還預言了引力波的存在(愛因斯坦於1918年寫的論文《論引力波》),引力波已經被直接觀測所證實,是當今世界激光干涉引力波天文台的引力波觀測計劃的目標成果,。此外,廣義相對論還是現代宇宙學的膨脹宇宙模型的理論基礎。

哇,謝謝你看完,關注我來玩兒啊~


愛因斯坦在物理學方面的洞察力毋庸置疑,說個政治方面的吧。

社會主義的建成,需要解決這樣一些極端困難的社會政治問題:鑒於政治權力和經濟權力的高度集中,怎樣才有可能防止行政人員變的權力無限和傲慢自負呢?怎樣能夠使個人的權利得到保障,同時對於行政權力能夠確保有一種民主的平衡力量呢?
——愛因斯坦文集:為什麼要社會主義?
1949年愛因斯坦對新中國成立的評論


「如果蜜蜂從世界上消失了,人類也將僅僅只剩下四年的光陰。」


愛因斯坦引入的宇宙常數概念,被自己稱之為一生最大的錯誤,反而目前比較好的迎合了暗能量。
他的錯誤往往在後來都比較耐人尋味,比如EPR佯謬,類似的有泊松亮斑,雖然都打臉了,但都反而有力證明了對方的正確,推動了科學發展。
沒辦法,牛人的錯誤都是牛的。


以下內容摘只「蘿蔔書摘」公眾號
愛因斯坦曾說過年輕時他對生活的需要和期望是能在一個角落安靜地做研究,然而他的一生都備受公眾關注,直至今日引力波的證實更是令已逝世的他再度回歸到大家的欽羨佩服中。也許大多數人只知道愛因斯坦是個天才,不甚理解引力波是什麼,也不太了解愛因斯坦的其他理論學說。本次推薦大家看《愛因斯坦想像顛覆世界》,領略他波瀾壯闊的一生,聽聽他的小八卦,了解他眼中的科學、文學與哲學,見證現代物理大廈的奠基,以下是有關愛因斯坦與引力波的內容節選。

愛因斯坦和引力波的那些事

愛因斯坦由引力場方程推導出波動方程,預言了引力波的存在。引力波是橫波,以光速傳遞。那它是怎樣產生的呢?

前面說過,質量會使空間彎曲。那麼,當大質量物體的速度或質量突然發生改變時,比方說兩個黑洞對撞,就會擾動周圍的時空,產生時空漣漪,向外輻射,這就是傳說中的引力波。為了便於理解,我們完全可以用「投石擊破水中天」來類比。

還有另外的情況,當被加速的質量在失去能量的時候,也會發射出引力波。這和物體降溫輻射熱是一個道理。其實這個過程互為因果,我們也可以反過來說,熱輻射使物體降溫,引力波輻射使運動的質量失去能量。

什麼意思呢?還記得雙星吧,我們拿高密度、大質量、近距離的雙星做例子,這樣的雙星系統軌道周期很短,只有幾天,甚至更短(地球軌道周期是365天+),互繞的速度非常快,也就是說,動量非常大。如果它倆永遠這樣繞下去也就罷了,但是,被瞬息萬變的世界搞得麻木不仁的我們深知,沒有什麼永恆,這個系統必然會走向衰落,並滅亡。

當它們的軌道衰減時,能量必然隨之耗損。但是根據熱力學第一定律,能量是守恆的,雙星系統的能量耗損到哪兒去了呢?對了,這就是剛才說到的「以引力波的形式,散播到宇宙中去了」。

我們知道,宇宙中並不缺少這樣的系統,也不缺少大質量天體對撞之類的活動,那麼,也就不缺少引力波。如果這個真的有,應該很好探測吧?

事實恰恰相反,探測引力波甚至比探測中微子還難。主要原因有二:一是引力波非常弱。有人計算,一根長20米、直徑1.6米、重500噸的圓棒,即使以每秒28轉的瀕臨斷裂的極限速度轉動,所發射的引力波功率也只有2.2×10-19瓦,這個功率弱到無法察覺,所謂「弱爆了」,說的就是它。那麼,上面說的雙星系統以及大質量天體對撞所產生的引力波,應該很強吧?沒錯,可是距離太遠,再大的基數也架不住廣袤時空的耗散,我們可以用引力大小與距離平方成反比來幫助理解,由於傳播距離導致的衰減,遙遠星體傳到地球的引力波強度也是微乎其微的。

二是引力波的尺度大。由於產生條件和傳遞距離等原因,引力波只有在宇宙的大尺度下才能顯現出來,這很好理解。我們坐在神九里鳥瞰地球海面,很容易感受到海面的曲率,但是身在海水中的一條魚,就無法感受到海面的曲率。如果把引力波比作大海,那麼,地球就是海里的那條魚。

那麼,引力波會對物質造成什麼樣的影響呢?

引力波是時空漣漪,它能夠暢通無阻地穿過物質,卻不會使物質發生改變。就像我們開的會一樣,雖然很順利、很成功,卻和沒開一樣。但引力波經過時,能夠讓物質隨著時空漣漪產生波動,也就是拉伸和收縮,引力波過後,再恢復正常。就像會上的講話,左耳進右耳出,然後一切如常。

物質的拉伸和收縮又怎麼理解呢?舉個例子吧,把果凍比作時空, 裡面的果肉比作物質,那麼,果凍發生波動時,果肉也會隨之波動,固態物質的所謂波動,實質上就是拉伸和收縮過程。

既然有拉伸和收縮,是不是就容易檢測了呢?當然不是。無論什麼, 必須達到一定的量才能被檢測到。當然,這個量的大小與檢測它的技術手段是密切相關的。


由於上述原因,即使是大質量黑洞相撞這樣的大動作,其引力波傳到地球上,也只能造成大概10-18 米/千米程度的改變。直觀地說,它會使帝國大廈的高度改變一個質子寬度的百分之一!一個質子有多寬呢? 它大概是一個原子寬度的千分之一。原子多寬也不好想像?好吧,我們把一根頭髮的寬度平均分成一百萬份,其中一份大概就是一個原子的寬度了。

呃,帝國大廈質子的百分之一……我隨便在大廈里跺一腳,它的顫動也不止這些吧?這個太難測了,還是不要測了吧。不行。必須探測, 因為它的意義太重大了—它不僅可以驗證廣義相對論和其他引力理論的優劣,還可以推動相關科學技術的發展。最顯而易見的是,引力波天文學將是繼電磁波天文學、宇宙射線天文學和中微子天文學之後,人類認識世界的又一雙眼睛。

目前,我們人類通信主要靠電磁波。但是,電磁波有它的局限,尤其是在宇宙的大尺度下,它的局限更是顯而易見。比方說宇宙塵埃啊、天體啊,都能擋住它的去路;引力、發送和接收者的相對速度等還能改變它的頻率,使它失真;遇見黑洞,它還會被吸引逃不出來……這些死穴大大縮小了我們的觀測範圍和信息傳遞的有效範圍。而引力波就不存在這些死穴。

如果我們掌握了引力波的接收和探測技術,那麼,很多我們原來看不見、不知道的東西,就會神一般地出現在我們眼前,宇宙的重重面紗也會再揭去一層,世界在我們眼裡將變得更清晰、更透明、更絢麗多彩。這相當於給高度近視配上度數合適的眼鏡—不戴它死不了,但有了它死也要戴。

此外,引力波探測還有助於推動引力場量子化等理論的研究。同時,由於引力波探測難度極大,對設備精度要求極高,所以在研究製造引力波探測設備的過程中,必然會推動激光、晶體、精密機械製造、精密測量等高新技術的發展。

我們前看後看左看右看,這件事的每一個側面都躁動著攝人心魄的誘惑,讓我們心馳神往,無法逃脫。那麼,拿什麼探測她呢,我的愛人?


剛剛說過,引力波可以拉伸和收縮物質。根據這個原理,20世紀60年代,美國的物理學家約瑟夫?韋伯(J.Weber)建造了世界上第一台引力波探測器,其實這個高科技儀器的主體很簡單—一根直徑1.5米、長2米的鋁棒。如果有引力波打醬油路過,那麼,鋁棒的長度將隨波伸縮。

由於引力波伸縮物質的效應是那樣的微弱,說不定打個嗝引起的效應,都比引力波來的效應大!那麼問題就來了:假如引力波真打這兒路過,面對探測儀的記錄,我們怎麼確定這就是引力波造成的,而不是探測器旁邊有人在做「愛的發聲練習」呢?

好像很難、很複雜耶,但對那些專門跟難題過不去的聰明腦袋瓜來說,處理起來不難也不複雜,他們用了一個相當聰明的笨辦法:再造一個探測器,讓它倆發揚牛郎和織女身相隔心相連的精神,天南海北分開安置,同時記錄探測信息,這樣一來,如果兩個探測器記錄的信息不一致, 那就是噪音;兩個探測器在相同時間記錄到同樣的信息,那八成就是引力波。因為無論是打嗝還是打雷,統統做不到同時對兩個遠隔千里的探測器造成同樣的干擾。

這種探測方法叫作共振質量探測法,主要原理是引力波引起天線(相當於那根鋁棒)振動,感應器對這些振動予以記錄。因為共振質量探測器可測量的頻帶太窄,只對特定的引力波源敏感,所以這種探測器已經面臨淘汰。


宇宙存在時空空洞

愛因斯坦預言:宇宙中的時空由多個維度構成,任何一個有質量的天體都會導致周圍時空發生扭曲。我們自身也會造成周圍時空的異樣,只是這樣的質量太小,無法察覺。宇宙中的天體質量就足夠龐大,時空扭曲更加明顯。
宇宙中的時空由多個維度構成

高維時空的存在意味著宇宙中可能有些時空有點特別,比如著名的波江座空洞,這是一個10億光年的超級空洞,沒有任何可見的物質,至於宇宙中為何有這樣的時空結構存在,目前仍然是個未解之謎。

  波江座空洞比較著名,明尼蘇達大學天文學教授勞倫斯·魯德尼科發現宇宙中確實存在「空洞」,其中空無一物,其規模超出了我們的想像。


據說德拜T的三次方率是在愛因斯坦的手稿下做出的成就,愛因斯坦曾待過的某所大學的辦公室在愛因斯坦離開之後,德拜搬進了這間辦公室,過去的資料什麼的都是手寫,不像現在都是筆記本電腦。所以留下很多手稿都沒帶走,德拜整理的時候就發現了一些內容,在此基礎上做出了這個。。

不過這是個傳說,不知道其真實性


剛燒開的水喝起來燙嘴——愛因斯坦


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