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环球物理|【物理前沿】过去一百年中十个最伟大的进步


北京联盟_本文原题：【物理前沿】过去一百年中十个最伟大的进步
引言：宇宙就在那里 ， 等着你去发现它的奥秘 。
环球物理|【物理前沿】过去一百年中十个最伟大的进步
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图解：斯隆数字化巡天（SDSS）项目,包含测定的数据绘制的宇宙结构图 。 （标青绿的是我个人对这个图的理解 ， 因为原文没有介绍这个图是干嘛的 ， 审核可以检查下 ， 标青绿的酌情删掉） 。 SDSS是阿尔佛雷德·斯隆（Alfred P. Sloan）基金会资助的一项宏伟的巡天项目 。 它计划对四分之一的天区进行深度的普查观测 ， 为一亿个以上的天体测定位置和亮度 ， 为一百万颗以上的星系和类星体测定距离 。 图源：forbes
我们很有必要意识到在一个世纪之前 ， 我们对宇宙的认识是这样的：
——银河中的星星 ， 星团和星云组成了整个宇宙
——所有物质都是由原子核和电子组成
——空间中仅存在万有引力和电磁力
自17世纪开始就统治宇宙的牛顿万有引力定律 ， 仅在爱因斯坦提出广义相对论两个月内就遭到了挑战 。
然而在接下来的一百年里 ， 每十年就会有一个新的重大发现重铸我们对宇宙的认识 。
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图解：纽约时报1919年11月10日刊（图左）；伦敦新闻画报1919年11月22日刊（图右） 。 均报道爱因斯坦的预言引力时间膨胀现象得到了证实 ， 是在1919年一次日全食中观察星光的扭曲发现的 。 图源：forbes
20世纪10年代——爱因斯坦的理论被证实了！广义相对论成名于解释牛顿万有引力定律解释不了的问题：水星对太阳的公转过程 。 但是仅靠科学理论去解释我们已经发现的现象是不够的 ， 它还需要去对我们不知道的事情去做一些预测 。 在过去的一个世纪里它预测了很多现象 ， 包含引力时间膨胀现象 ， 强、弱引力透镜 ， 参考系拖拽现象 ， 重力红移现象等 。 引力时间膨胀现象是在1919年一次日全食中观察星光的扭曲发现的 ， 发现者是爱丁顿和他的合作者 。 在太阳周围被发现的扭曲光线的数量符合爱因斯坦的预测而与牛顿的理论不符合 。 就像这样一样 ， 在接下来的时间里我们的宇宙观将一直被改变 。
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图解：右下角的图是20世纪20年代埃德温·哈勃用威尔逊天文台的100英寸望远镜拍摄的仙女座星系照片 ， 标注“VAR”的地方是一颗经典造父变星 ， 哈勃通过它确定了仙女座大星系的距离 ， 证明了仙女座星系不是银河系的成员 。 左图和右上图为90年后人们用哈勃望远镜拍摄的仙女座星系 。 图源：apod.nasa
到了20世纪20年代 ， 我们仍然不知道在银河系外还有更宽阔的宇宙 ， 但是这一切在这个年代被埃德温·哈勃所做的工作所改变 。 当他在观察一些天空中螺旋的星云时 ， 他能够明确指认出那些单个的的属于同一个星系的不同星星 ， 这些星星已经被人们认为是在银河之中 。 但是 ， 这些星星的光芒太微弱以至于它们得距离地球几百万光年远 ， 这已经超越了银河系的范围 。 哈勃没有在这里停下脚步 ， 他测量了十来个星系的衰退速度和距离 ， 发现我们如今了解到的广阔并且正在扩张的宇宙 。
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图解：后发座星系团有两个巨大的椭圆系 ， 其中NGC4889直径达130万光年 。 左侧为NGC 4889 ， 右侧为NGC 4874 。 图源：forbes
到了20世纪30年代 ， 很长一段时间人们都认为如果你可以测量星星里包含的所有物质 ， 或许再加上气体和尘埃 ， 你就可以解释宇宙中所有的事情了 。 但是通过稠密的星团观察宇宙（如后发座星系团等） ， 弗里茨·扎维奇展示了星星以及我们所认为的“常规物质”（即原子） ， 是不足以解释星团的内在运动的 。 他将那些新的人们没有发现的物质起名为暗物质（德语：dunkle materie ， 英语：dark matter） ， 这种物质的观测几乎在20世纪70年代前一直被忽视 ， 毕竟在那个时候“常规”的物质被人们逐渐更好地了解了 ， 在后面的实验中暗物质被证明在独立的银河中存在的量很大 ， 我们现在知道暗物质和“常规物质”的数量比例为5:1 。


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