147广相二现之引力缩短时间、降低光速及弯曲光线11.6 第(2/2)分页
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时钟来测量时,以上所考虑的那条光线当在S2处发射时的频率就是 n2·(1+Φ/c2),从而按照(3a)就是等于同一光线在到达S1时的频率n1。”
3、经过上述烧脑的脑筋急转弯似一番绕圈圈,爱因斯坦最终给出了不同引力势位置光速可变的结论:
“由此就得到一条对这一理论有着根本意义的推论。那就是,如果光速在加速的、无引力场的参照系K′的不同位置上被用构造全同的时钟U来量度,则所得的结果到处相同。
按照我们的基本假设,同样的推论对K也成立。但是,按照刚刚说过的条件,我们必须用构造不同的时钟来在引力势不同的各点上测量时间。
为了在相对于坐标原点而言的引力势为Φ的一点上测量时间,我们必须使用一个时钟,当把它移到坐标原点上时,它比用来在坐标原点上测量时间的那个时钟要走得慢(1+Φ/c2)倍。
如果c0代表坐标原点上的光速,则引力势为Φ的一点上的光速c由下式方程4给出:
c=c0·(1+Φ/c2)
通常用作狭义相对论之基础的那种表述下的光速不变原理,在这一理论中是不成立的。
(注:如此设定下保证了不同引力势位置,光速/时间的不变性,也保证了辐射频率的不变性,而离引力源越远,引力势越大,则时间越慢越长,而光速越快。
由此处的论述可以认为无引力影响的惯性参照系相当于距离引力源无穷远,其光速(c)最快,时间最长(T2);
引力的存在则会降低光速(c0),缩短时间(T1);
辐射频率对所有参照系则都是不变的,检测出辐射频率的变化则是错用时间和光速等其他可变因素导致的。)”
第四部分题为《光线在引力场中的弯曲》,这一部分根据第三部分得出的最终结论引力场中的光速是位置的函数,利用惠更斯原理计算了穿过一个重力场而传播的光线受到的偏转数值:
“由以上已证明的引力场中的光速是位置的函数这一命题,人们很容易利用惠更斯原理推出,穿过一个重力场而传播的光线必然会受到偏转。”
设e是个平面光波在时刻t的一个等相平面,而P1和P2是这个平面上相距单位距离的两个点,c1和c2是P1和P2上的光速,则c·dt上的偏转角为方程5:
(c1-c2)·dt/1=-?′·dt
其中,设光线偏向n′增大的方向时偏转角为正值。
光线在单位程长上的偏转角为方程6:
-1/c·?′
根据方程4: c=c0·(1+Φ/c2),方程6可变为方程6a:
-1/c2·?Φ/?n′
由此,根据方程6a,光线在任意光程(s)上向n′方向的偏转角α为方程6b:
α=-1/c2·∫?Φ/?n′·ds
对方程6b的得出,爱因斯坦也简要提及了另一种推导思路:
“通过直接在均匀加速的系K′中考虑光线的传播并把结果换到系K中,然后再转换到任意构造的引力场的事例中,我们也能得到相同的结果。”
方程6b说明在一个天体附近经过的光线将受到一种趋向引力势减低方向的,从而也就是向着天体的方向上的偏转,其偏转角的量值为方程6b1:
α=1/c2·∫(θ=-π/2,θ=+π/2)kM/r2·cosθ·ds=2kM/(c2·Δ)
其中, k是引力常量;M是天体的质量;Δ是光线离天体中心的距离。
将数据带入方程6b1可得,在太阳附近经过的一条光线,将受到角度为4·10-6=0.83s的偏转:
“这就是由于光线的弯曲而使一个星体离太阳中心的角距离似乎有所增大的那个量。既然在日全蚀中位于太阳附近那一部分天空中的各恒星会变成可见的,那就有可能把理论的这一推论和经验进行比较。在木星的事例中,所应预期的角距离约为上述量值的1/100。
非常希望的是天文学家们能够过问此处所提的问题,即使这里所提的这些想法显得不够可靠乃至有些太大胆。因为,除了任何理论以外,我们必须问问自己:
引力场对光的传播的一种影响到底能不能用目前已有的仪器来加以探测。
布拉格,1911年6月”
这篇广义相对论再现论文《论引力对光的传播的影响》于1911年6月21日被《物理学年鉴》收到,最终于9月1日正式发表。