|
|
yǐn lì hóng yí
gēn jù xiá yì xiāng duì lùn tuī zhī， dāng cóng yuǎn lí yǐn lì chǎng de dì fāng guān cè shí， chù zài yǐn lì chǎng zhōng de fú shè yuán fā shè chū lái de pǔ xiàn， qí bō cháng huì biàn cháng yī xiē， yě jiù shì hóng yí（ dāng fā shēng xiāng duì yùn dòng de liǎng gè wù tǐ zhī jiān de jù lí xiāng hù yuǎn lí shí， zài tā men zhī jiān chuán bō de diàn cí bō de pín shuài huì biàn dī， zhè zhǒng xiàn xiàng chēng wéi hóng yí。 ruò shì xiāng hù jiē jìn， pín shuài huì biàn gāo， chēng wéi zǐ yí。） zhǐ yòu zài yǐn lì chǎng tè bié qiáng de qíng kuàng xià， yǐn lì zào chéng de hóng yí liàng cái néng bèi jiǎn cè chū lái。 yǐn lì hóng yí xiàn xiàng shǒu xiān zài yǐn lì chǎng hěn qiáng de bái 'ǎi xīng shàng jiǎn cè chū lái。
zài 'ài yīn sī tǎn wán chéng guǎng yì xiāng duì lùn zhī qián， tā jiù yǐ jīng dé chū yǐn lì jiāng huì yǐng xiǎng guāng bō pín shuài hé bō cháng de jié lùn。 yóu yú yǐn lì de zuò yòng， dāng xiàng shàng xíng jìn yuǎn lí dì biǎo de shí hòu guāng bō huì sǔn shī yī bù fēn néng liàng， cóng 'ér bō cháng biàn cháng， pín shuài xià jiàng。 dàn shì yóu yú dì qiú zhòng lì bù shì hěn qiáng， zhè gè xiào yìng bìng bù míng xiǎn。 zhí dào 1960 nián， hā fó dà xué de robertpound hé glenrebka cái zuì zhōng chéng gōng dì tōng guò cèliáng yàn zhèng liǎo zhè gè guān jiàn de yù yán， bìng zài《 wù lǐ xué píng lùn kuài bào》（ physicalreviewletters:prl） shàng bào dǎo liǎo tā men de jiēguǒ。 jīn tiān， zhè gè suǒ wèi de yǐn lì hóng yí （ gravitationalredshift） xiào yìng duì yú liǎo jiě yǔ zhòu， yǐ jí cāo zuò quán qiú dìng wèi xì tǒng（ globalpositioningsystem:gps） qǐ zhe zhì guān zhòng yào de zuò yòng。
jiǎ shè yī gè guāng mài chōng cóng gāo chù xiàng xià fā chū。 guāng bō xiàng xià yùn xíng dào dá dì miàn， jiù hǎo xiàng tiào shuǐ yùn dòng yuán yóu yú shòu dào zhòng lì de zhuài yǐn xiāng duì yú dì miàn bèi jiā sù， yuán běn jìng zhǐ zài dì miàn de tàn cè qì xiāng duì yú guāng xiàng shàng zuò jiā sù yùn dòng。 xiāng duì yú guāng mài chōng 'ér yán， guāng yuán zài fā chū guāng mài chōng de shí hòu shì jìng zhǐ de； dàn shì dāng guāng mài chōng bèi tàn cè dào de shí hòu， tàn cè qì yíng zhe guāng mài chōng yùn dòng。 yóu yú duō pǔ lè xiào yìng（ dopplereffect） de yǐng xiǎng， tàn cè qì cè dào de guāng bō de pín shuài biàn dà。
zài xiāng duì lùn zhōng， yī gè méi yòu zhòng liàng， cóng 'ér bù bèi zhòng lì jiā sù de zì yóu luò tǐ（ freefall） guān cè zhě suǒ chù de cān kǎo xì shì yī gè “ gōng zhèng ” de cān kǎo xì（ impartialreferenceframe）。 jìng zhǐ de guān chá zhě bù néng gòu pàn duàn guāng yuán hé tàn cè zhuāng zhì de xiāng duì yùn dòng， yīn wéi tā mendōu chù zài zhòng lì chǎng zhōng， ér zhè zhǒng qíng kuàng kě yǐ tōng guò jiā sù dì miàn hé gāo tái lái děng xiào dì mó nǐ。 zhè xiē wù lǐ xué jiā men bǎ zhè zhǒng guāng bō pín shuài de gǎi biàn chēng wéi yǐn lì hóng yí ér bù shì duō pǔ lè xiào yìng。
wèile cèliáng zhè zhǒng guāng bō pín shuài de xì wēi gǎi biàn， wù lǐ xué jiā men bì xū zhǎo dào yī gè pín shuài néng gòu bèi fēi cháng jīng què dì cè dìng de diàn cí bō fú shè yuán。 zhí dào 1959 nián mù sī bǎo 'ěr xiào yìng（ mössbauereffect） bèi fā xiàn， shí yàn de tiáo jiàn cái jù bèi。 zhè zhǒng xiào yìng shì yóu dé guó hǎi dé bǎo（ heidelberg） pǔ lǎng kè yán jiū suǒ（ maxplanckinstitute） de mù sī bǎo 'ěr（ rudolfmössbauer） fā xiàn de， bìng yīn cǐ zài liǎng nián hòu huò dé liǎo nuò bèi 'ěr jiǎng。 chǔyú jī fā tài de yuán zǐ yuè qiān huí jī tài de shí hòu fú shè chū gā mǎ shè xiàn（ gammaray）。 mù sī bǎo 'ěr fā xiàn， rú guǒ fú shè gā mǎ shè xiàn de yuán zǐ hé shì bāo hán zài yī kuài gāo zhì liàng jīng tǐ nèi de dà liàng yuán zǐ hé zhōng de yī gè， nà me měi yī cì fú shè chū lái de gā mǎ shè xiàn de néng liàng jīhū wán quán xiāng tóng。 fú shè chū lái de gā mǎ shè xiàn kě yǐ bèi lìng wài yī gè chǔyú jī tài de tóng yī zhǒng yuán zǐ hé xī shōu， dàn shì zhè zhǒng qíng kuàng zhǐ yòu zài fú shè gā mǎ shè xiàn de yuán zǐ hé hé xī shōu gā mǎ shè xiàn de yuán zǐ hé zhī jiān méi yòu xiāng duì yùn dòng de shí hòu cái yòu kě néng fā shēng。 yóu yú cún zài duō pǔ lè xiào yìng， rèn hé xiāng duì yùn dòng yì wèi zhe huì dǎo zhì guāng bō de pín shuài gǎi biàn， cóng 'ér bù néng bèi tóng yī zhǒng de lìng yī gè yuán zǐ hé xī shōu。
pound hé rebka zài hā fó dà xué de jié fú xùn wù lǐ shí yàn shì（ jeffersonphysicallaboratory） de tǎ dǐng， jù lí dì miàn 74 yīng chǐ de gāo dù， fàng zhì liǎo zhè yàng de yī gè gā mǎ shè xiàn fú shè yuán， bìng zài dì miàn shè zhì liǎo tàn cè qì。 tā men jiāng fú shè yuán shàng xià qīng qīng dì huàng dòng， tóng shí jì lù tàn cè qì cè dé de xìn hào de qiáng dù。 tōng guò zhè zhǒng bàn fǎ， tā men kě yǐ què dìng wèile bǔ cháng zhòng lì zào chéng de pín shuài gǎi biàn suǒ xū yào de xiāng duì sù dù chā， què dìng liǎo xiāng duì sù dù chā jiù kě yǐ zhī dào pín shuài gǎi biàn liǎo duō shǎo。
rán hòu， tā men jiāng zhěng gè shí yàn zhuāng zhì fǎn guò lái， fú shè yuán fàng zhì zài dì biǎo， ér tàn cè qì fàng zài tǎ dǐng， bìng cèliáng pín shuài de gǎi biàn。 jié hé shàng xià liǎng gè fāng xiàng de shí yàn shù jù， tā men kě yǐ xiāo chú yóu jǐ gè bù tóng yīn sù zào chéng de shí yàn wù chā。 shàng xià liǎng gè fāng xiàng de shí yàn cèliáng jiēguǒ zhī jiān de chā bié hěn xiǎo， rú guǒ bǎ guāng bō yuán lái de pín shuài fēn chéng jūn yún de 1015 fèn， pín shuài de gǎi biàn jǐn xiāng dāng yú zhàn liǎo qí zhōng de jǐ fèn 'ér yǐ。 dàn shì zhè yǐ jīng zú gòu liǎo， zhèng shì zhè gè wēi xiǎo de chā bié tǐ xiàn liǎo chún cuì yóu yǐn lì zào chéng de chā bié， zhè gè shí yàn zài bǎi fēn zhī shí de jīng dù nèi yàn zhèng liǎo 'ài yīn sī tǎn de lǐ lùn yù yán。 dào 1964 nián de shí hòu， tā men yòu gǎi jìn liǎo zhè gè shí yàn， shǐ dé lǐ lùn hé shí yàn zài bǎi fēn zhī yī de jīng dù zhī nèi wěn hé。
lái zì huá shèng dùn dà xué（ washingtonuniversity） de cliffordwill shì zhè yàng píng lùn de： zhè shì yī gè zhuó yuè de kē xué chéng guǒ， bù jǐn jǐn yīn wéi zhè gè shí yàn shì duì xiāng duì lùn de yī gè jīng diǎn jiǎn yàn， ér zài yú fēi cháng jù yòu dú chuàng xìng de shí yàn shè jì。 bìng qiě zhè gè shí yàn hái dài lái liǎo fēi cháng shí yòng de chéng guǒ： quán qiú dìng wèi dǎo háng xì tǒng（ gpsnavigationalsystem）， zhè gè xì tǒng zhōng yóu wèi xīng xié dài de zhōng bì xū jīng cháng jiàozhèng yóu yú yǐn lì hóng yí dài lái de wù chā。 suǒ yǐ xiāng duì lùn de jì suàn bǎo zhèng liǎo huò lún hé zhàn dǒu jī néng gòu 'àn zhèng què de lù xiàn qián jìn。 |
|
yǐn lì hóng yí
yóu guǎng yì xiāng duì lùn kě tuī zhī， dāng cóng yuǎn lí yǐn lì chǎng de dì fāng guān cè shí， chù zài yǐn lì chǎng zhōng de fú shè yuán fā shè chū lái de pǔ xiàn， qí bō cháng huì biàn cháng yī xiē， yě jiù shì hóng yí（ dāng fā shēng xiāng duì yùn dòng de liǎng gè wù tǐ zhī jiān de jù lí xiāng hù yuǎn lí shí， zài tā men zhī jiān chuán bō de diàn cí bō de pín shuài huì biàn dī， guāng pǔ xiàn de zhè zhǒng wèi yí chēng wéi yǐn lì hóng yí 。 ruò shì xiāng hù jiē jìn， pín shuài huì biàn gāo， chēng wéi zǐ yí） zhǐ yòu zài yǐn lì chǎng tè bié qiáng de qíng kuàng xià， yǐn lì zào chéng de hóng yí liàng cái néng bèi jiǎn cè chū lái。 yǐn lì hóng yí xiàn xiàng shǒu xiān zài yǐn lì chǎng hěn qiáng de bái 'ǎi xīng（ yīn wéi bái 'ǎi xīng biǎo miàn de yǐn lì jiào qiáng） shàng jiǎn cè chū lái。 èr shí shì jì liù shí nián dài， páng dé、 léi bù kǎ hé sī nài dé cǎi yòng mù sī bǎo 'ěr xiào yìng de shí yàn fāng fǎ， cèliáng yóu dì miàn shàng gāo dù xiāngchà 22.6 mǐ de liǎng diǎn zhī jiān yǐn lì shì de wēi xiǎo chā bié suǒ zào chéng de pǔ xiàn pín shuài de yí dòng， dìng liàng dì yàn zhèng liǎo yǐn lì hóng yí 。 jiēguǒ biǎo míng shí yàn zhí yǔ lǐ lùn zhí wán quán fú hé。
zài 'ài yīn sī tǎn wán chéng guǎng yì xiāng duì lùn zhī qián， tā jiù yǐ jīng dé chū yǐn lì jiāng huì yǐng xiǎng guāng bō pín shuài hé bō cháng de jié lùn。 yóu yú yǐn lì de zuò yòng， dāng xiàng shàng xíng jìn yuǎn lí dì biǎo de shí hòu guāng bō huì sǔn shī yī bù fēn néng liàng， cóng 'ér bō cháng biàn cháng， pín shuài xià jiàng。 dàn shì yóu yú dì qiú zhòng lì bù shì hěn qiáng， zhè gè xiào yìng bìng bù míng xiǎn。 zhí dào 1960 nián， hā fó dà xué de RobertPound hé GlenRebka cái zuì zhōng chéng gōng dì tōng guò cèliáng yàn zhèng liǎo zhè gè guān jiàn de yù yán， bìng zài《 wù lǐ xué píng lùn kuài bào》（ PhysicalReviewLetters:PRL） shàng bào dǎo liǎo tā men de jiēguǒ。 jīn tiān， zhè gè suǒ wèi de yǐn lì hóng yí （ GravitationalRedshift） xiào yìng duì yú liǎo jiě yǔ zhòu， yǐ jí cāo zuò quán qiú dìng wèi xì tǒng（ GlobalPositioningSystem:GPS） qǐ zhe zhì guān zhòng yào de zuò yòng。
jiǎ shè yī gè guāng mài chōng cóng gāo chù xiàng xià fā chū。 guāng bō xiàng xià yùn xíng dào dá dì miàn， jiù hǎo xiàng tiào shuǐ yùn dòng yuán yóu yú shòu dào zhòng lì de zhuài yǐn xiāng duì yú dì miàn bèi jiā sù， yuán běn jìng zhǐ zài dì miàn de tàn cè qì xiāng duì yú guāng xiàng shàng zuò jiā sù yùn dòng。 xiāng duì yú guāng mài chōng 'ér yán， guāng yuán zài fā chū guāng mài chōng de shí hòu shì jìng zhǐ de； dàn shì dāng guāng mài chōng bèi tàn cè dào de shí hòu， tàn cè qì yíng zhe guāng mài chōng yùn dòng。 yóu yú duō pǔ lè xiào yìng（ DopplerEffect） de yǐng xiǎng， tàn cè qì cè dào de guāng bō de pín shuài biàn dà。
zài xiāng duì lùn zhōng， yī gè méi yòu zhòng liàng， cóng 'ér bù bèi zhòng lì jiā sù de zì yóu luò tǐ（ Freefall） guān cè zhě suǒ chù de cān kǎo xì shì yī gè“ gōng zhèng” de cān kǎo xì（ ImpartialReferenceFrame）。 jìng zhǐ de guān chá zhě bù néng gòu pàn duàn guāng yuán hé tàn cè zhuāng zhì de xiāng duì yùn dòng， yīn wéi tā mendōu chù zài zhòng lì chǎng zhōng， ér zhè zhǒng qíng kuàng kě yǐ tōng guò jiā sù dì miàn hé gāo tái lái děng xiào dì mó nǐ。 zhè xiē wù lǐ xué jiā men bǎ zhè zhǒng guāng bō pín shuài de gǎi biàn chēng wéi yǐn lì hóng yí ér bù shì duō pǔ lè xiào yìng。
wèile cèliáng zhè zhǒng guāng bō pín shuài de xì wēi gǎi biàn， wù lǐ xué jiā men bì xū zhǎo dào yī gè pín shuài néng gòu bèi fēi cháng jīng què dì cè dìng de diàn cí bō fú shè yuán。 zhí dào 1959 nián mù sī bǎo 'ěr xiào yìng（ MössbauerEffect） bèi fā xiàn， shí yàn de tiáo jiàn cái jù bèi。 zhè zhǒng xiào yìng shì yóu dé guó hǎi dé bǎo（ Heidelberg） pǔ lǎng kè yán jiū suǒ（ MaxPlanckInstitute） de mù sī bǎo 'ěr（ RudolfMössbauer） fā xiàn de， bìng yīn cǐ zài liǎng nián hòu huò dé liǎo nuò bèi 'ěr jiǎng。 chǔyú jī fā tài de yuán zǐ yuè qiān huí jī tài de shí hòu fú shè chū gā mǎ shè xiàn（ GammaRay）。 mù sī bǎo 'ěr fā xiàn， rú guǒ fú shè gā mǎ shè xiàn de yuán zǐ hé shì bāo hán zài yī kuài gāo zhì liàng jīng tǐ nèi de dà liàng yuán zǐ hé zhōng de yī gè， nà me měi yī cì fú shè chū lái de gā mǎ shè xiàn de néng liàng jīhū wán quán xiāng tóng。 fú shè chū lái de gā mǎ shè xiàn kě yǐ bèi lìng wài yī gè chǔyú jī tài de tóng yī zhǒng yuán zǐ hé xī shōu， dàn shì zhè zhǒng qíng kuàng zhǐ yòu zài fú shè gā mǎ shè xiàn de yuán zǐ hé hé xī shōu gā mǎ shè xiàn de yuán zǐ hé zhī jiān méi yòu xiāng duì yùn dòng de shí hòu cái yòu kě néng fā shēng。 yóu yú cún zài duō pǔ lè xiào yìng， rèn hé xiāng duì yùn dòng yì wèi zhe huì dǎo zhì guāng bō de pín shuài gǎi biàn， cóng 'ér bù néng bèi tóng yī zhǒng de lìng yī gè yuán zǐ hé xī shōu。
Pound hé Rebka zài hā fó dà xué de jié fú xùn wù lǐ shí yàn shì（ JeffersonPhysicalLaboratory） de tǎ dǐng， jù lí dì miàn 74 yīng chǐ de gāo dù， fàng zhì liǎo zhè yàng de yī gè gā mǎ shè xiàn fú shè yuán， bìng zài dì miàn shè zhì liǎo tàn cè qì。 tā men jiāng fú shè yuán shàng xià qīng qīng dì huàng dòng， tóng shí jì lù tàn cè qì cè dé de xìn hào de qiáng dù。 tōng guò zhè zhǒng bàn fǎ， tā men kě yǐ què dìng wèile bǔ cháng zhòng lì zào chéng de pín shuài gǎi biàn suǒ xū yào de xiāng duì sù dù chā， què dìng liǎo xiāng duì sù dù chā jiù kě yǐ zhī dào pín shuài gǎi biàn liǎo duō shǎo。
rán hòu， tā men jiāng zhěng gè shí yàn zhuāng zhì fǎn guò lái， fú shè yuán fàng zhì zài dì biǎo， ér tàn cè qì fàng zài tǎ dǐng， bìng cèliáng pín shuài de gǎi biàn。 jié hé shàng xià liǎng gè fāng xiàng de shí yàn shù jù， tā men kě yǐ xiāo chú yóu jǐ gè bù tóng yīn sù zào chéng de shí yàn wù chā。 shàng xià liǎng gè fāng xiàng de shí yàn cèliáng jiēguǒ zhī jiān de chā bié hěn xiǎo， rú guǒ bǎ guāng bō yuán lái de pín shuài fēn chéng jūn yún de 1015 fèn， pín shuài de gǎi biàn jǐn xiāng dāng yú zhàn liǎo qí zhōng de jǐ fèn 'ér yǐ。 dàn shì zhè yǐ jīng zú gòu liǎo， zhèng shì zhè gè wēi xiǎo de chā bié tǐ xiàn liǎo chún cuì yóu yǐn lì zào chéng de chā bié， zhè gè shí yàn zài bǎi fēn zhī shí de jīng dù nèi yàn zhèng liǎo 'ài yīn sī tǎn de lǐ lùn yù yán。 dào 1964 nián de shí hòu， tā men yòu gǎi jìn liǎo zhè gè shí yàn， shǐ dé lǐ lùn hé shí yàn zài bǎi fēn zhī yī de jīng dù zhī nèi wěn hé。
lái zì huá shèng dùn dà xué（ WashingtonUniversity） de CliffordWill shì zhè yàng píng lùn de： zhè shì yī gè zhuó yuè de kē xué chéng guǒ， bù jǐn jǐn yīn wéi zhè gè shí yàn shì duì xiāng duì lùn de yī gè jīng diǎn jiǎn yàn， ér zài yú fēi cháng jù yòu dú chuàng xìng de shí yàn shè jì。 bìng qiě zhè gè shí yàn hái dài lái liǎo fēi cháng shí yòng de chéng guǒ： quán qiú dìng wèi dǎo háng xì tǒng（ GPSNavigationalSystem）， zhè gè xì tǒng zhōng yóu wèi xīng xié dài de zhōng bì xū jīng cháng jiàozhèng yóu yú yǐn lì hóng yí dài lái de wù chā。 suǒ yǐ xiāng duì lùn de jì suàn bǎo zhèng liǎo huò lún hé zhàn dǒu jī néng gòu 'àn zhèng què de lù xiàn qián jìn。 |
|
yinli hongyi
yǐn lì hóng yí
gravitationalredshift
yóu guǎng yì xiāng duì lùn kě tuī zhī， chù zài yǐn lì chǎng zhōng de fú shè yuán fā shè chū lái de guāng , dāng cóng yuǎn lí yǐn lì chǎng de dì fāng guān cè shí , pǔ xiàn huì xiàng cháng bō fāng xiàng（ jí xiàng guāng pǔ hóng duān） yí dòng， yí dòng liàng yǔ yuán jí guān cè zhě liǎng chù yǐn lì shì chā de dà xiǎo chéng zhèng bǐ。 guāng pǔ xiàn de zhè zhǒng wèi yí chēng wéi yǐn lì hóng yí 。 zhè zhǒng xiào yìng zuì chū shì zài tiān tǐ zhōng， tè bié shì zài bái 'ǎi xīng zhōng（ yīn wéi bái 'ǎi xīng biǎo miàn de yǐn lì jiào qiáng） dé dào zhèng shí de。 èr shí shì jì liù shí nián dài， páng dé、 léi bù kǎ hé sī nài dé cǎi yòng mù sī bǎo 'ěr xiào yìng de shí yàn fāng fǎ， cèliáng yóu dì miàn shàng gāo dù xiāngchà 22.6 mǐ de liǎng diǎn zhī jiān yǐn lì shì de wēi xiǎo chā bié suǒ zào chéng de pǔ xiàn pín shuài de yí dòng， dìng liàng dì yàn zhèng liǎo yǐn lì hóng yí 。 jiēguǒ biǎo míng shí yàn zhí yǔ lǐ lùn zhí wán quán fú hé。
（ chéng fú zhēn）
|