爱丁顿随即派遣了两支考察队 , 一支奔赴巴西 , 另一支奔赴非洲西海岸 , 去观察当日全食发生时毕星团星光的偏转 。 确实 , 后来两支考察队不辱使命 , 都观察到了星光的微小偏移 , 偏移量则跟广义相对论的预言完全一致 。
这个重大发现很快成为世界各地媒体的头条 。 当年11月出版的英国《泰晤士报》宣称:“在科学领域发生了一场革命 , 确立了一种新的宇宙理论 , 牛顿的思想被推翻了 。 ”爱因斯坦作为一名物理学家 , 从此变得家喻户晓 。
此后 , 这一现象还在天文学上找到奇妙的应用 。 当来自遥远星系的光穿过一个大质量星系团附近时 , 光线被弯曲 , 在后方汇聚 , 这个星系团实质上起到透镜的作用 , 所以就成了一个“引力透镜” 。 我们知道 , 透镜可以让远方物体所成的像更加清晰 , 所以“引力透镜”能让天文学家看得更远 。 如今 , “引力透镜”已经成了天文学家探索宇宙的重要工具 。
光的引力红移
与前两个例子一样 , 这第三个例子也经受了多次的检验——这些检验被爱因斯坦认为对于验证广义相对论的正确性是至关重要的——而且是唯一爱因斯坦生前没看到被证实的预言 。
广义相对论预言 , 当光从一个大质量物体发出之后 , 由引力导致的弯曲时空会把光的波长拉长 。 对于光而言 , 波长越长 , 在光谱中就越靠近红色的一端 , 所以 , 该效应相当于让光往红端移动 , 即所谓的“红移” 。 引力红移的另一个等价的说法是:在引力场越强的地方 , 时间流逝得越慢 。
数十年来 , 广义相对论所预言的引力“红移”实在太小了 , 很难被探测到 。 但在1959年 , 美国哈佛大学的两位物理学家想到了一个办法 。 他们在一座建筑物地下室放置了一个放射性样品 , 让伽马射线(一种波长极短的电磁波)从地下室射到屋顶 , 在屋顶再放置一个探测器 。 尽管从地下室到屋顶间距不过22米 , 但由于地球引力造成的时空弯曲 , 伽马射线的波长可被拉长万亿分之几 。 实验结果完全符合广义相对论的预言 。
为了更精确地验证这一效应 , 美国宇航局在1976年又发射了搭载有一个原子钟的引力探测器A 。 在9960千米的高度 , 引力探测器A上的原子钟比地面的原子钟每秒大约快了百万分之70(因为高空的地球引力小) 。 这一结果跟广义相对论的预言完全吻合 , 精确度是前所未有的 。 2010年 , 美国国家标准技术研究所的科学家甚至走得更远 。 他们证明 , 在电梯上仅仅高1英尺(约0.3米) , 原子钟每秒大约就快了千万亿分之400 。 换句话说 , 你的头部比足部差不多也要衰老得快这么多 。
引力红移效应已经影响到了全球定位系统 。 为了消除在地面和高空时间流逝快慢不一样的问题 , 科学家不得不对全球定位系统上的时间不断进行校准 。 没有校准 , 全球定位系统就不能工作 。
光的相对论延迟效应
这一效应通常被认为是广义相对论所经历的第4个检验 , 是由哈佛大学的物理学家埃文·夏皮罗想出来的 。 这个实验测量光从A物体到B物体以及从B物体返回所需要的时间 。 如果爱因斯坦是对的 , 当在AB路径附近有一个大质量物体时 , 光来回传播所需要的时间会长一些 。 这是因为当AB路径附近没有大质量物体时 , 光走的是一条直线;当存在大质量物体时 , 由于时空弯曲 , 光实际上走了一条弯路 , 所以耗时就长了 。
在1960年代早期 , 夏皮罗建议 , 当水星运动到离太阳比较近时 , 通过从水星反射回来的雷达波信号来验证这一效应 。 根据他的计算 , 与水星离太阳较远时比较 , 在扣除两种情况下地球与水星的距离变化之后 , 太阳的引力应该能够使反射回地球的雷达波信号延迟两百万分之一秒 。
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