大燕文学

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第三十一章 亚特兰蒂斯城的星际旅途（第1页）

引力红移，广义相对论认为，引力势强的地方，固有时间的流逝速度慢，也就是说离天体越近，时间越慢。这样，天体表面原子发出的光周期变长，由于光速不变，相应的频率变小，就会向光谱中红光方向移动，称为引力红移。宇宙中有很多致密的天体，可以测量它们发出的光的频率，并与地球的相应原子发出的光作比较，发现红移量与相对论预言一致。上世纪60年代初，物理学家在地球引力场中利用伽玛射线的无反冲共振吸收效应（穆斯堡尔效应）测量了光垂直传播产生的红移，结果与广义相对论预言一致。按照光的波动说，光在引力场中不应该有任何偏折，按半经典式的“量子论加牛顿引力论“的混合概念，用普朗克公式e=hv和质能公式e=mc^2求出光子的质量，再用牛顿万有引力定律计算得到太阳附近的光的偏折角，是约087角秒。而由广义相对论计算得到的偏折角是175角秒，为前者的两倍。1919年，一战刚结束，英国科学家爱丁顿领导的两支考察队，利用跨大西洋日全食的机会观测，得到的结果约为17角秒，而且刚好在相对论实验误差范围之内，引起误差的主要原因可能是太阳大气对光线的偏折。在现代，通过射电望远镜可以观测类星体的射电信号在太阳引力场中的偏折，而不必等待日全食这种稀有的机会。高精度的测量结果进一步证实了广义相对论的结论。进一步，当星体光源发出的光在引力场（星系及黑洞）附近经过时，光线会像通过透镜一样发生弯曲，当光路经过引力场不同位置时，这导致地面观测者看到若干个星体的成像，此类引力透镜现象极其普遍地被天文学家观测到。水星近日点进动，天文观测记录了水星近日点（椭圆轨道短轴位置）每百年移动5600角秒，研究者曾经考虑了各种因素，根据牛顿理论只能解释其中的5557角秒，剩余的43角秒不知从何而来，无法解释。广义相对论的计算结果与平方反比的万有引力定律有所差异，这一差异刚好使水星的近日点每百年移动43角秒。

雷达回波时间延迟，广义相对论认为光子靠近引力场时，就会发生时间延迟效应。光线轨迹在引力场中弯曲，使得其路径延长。这种的弯曲现象可以等价地看成是一种折射，相当于有效光速减慢，因此从空间某一点发出的信号，如果途经太阳附近，到达地球的时间将有所延迟。这一想法首先由美国物理学家夏比洛（shapiro）于1964年提出，由此来检验广义相对论是否正确。从地球向行星发射雷达信号，接收行星反射的信号，测量信号往返的时间。如果太阳正好处于行星和地球的连线，那么信号往返时间较没有太阳的情况变长。如此，可以检验空间是否发生了弯曲，是否有时间延迟。1960年代美国物理学家克服重重困难，完成了有关实验。研究小组先后对水星、金星与火星进行了雷达实验，证明雷达回波确有延迟现象，太阳质量导致的雷达波往返的时间延迟将达到200毫秒左右，结果与广义相对论预言相符。近年研究人员试验月球作为反射靶，实验精度有所改善，所得结果与广义相对论理论值一致。

2003年天文学家利用卡西尼号土星探测器，重复先前的实验，测量精度在0002%范围内观测与理论一致，这是迄今为止精度最高的广义相对论实验验证。此外，在毫秒脉冲星双星系统的计时观测中，来自星体的脉冲信号到达地球的时间存在延迟，这与广义相对论引力时间延迟的影响一致。

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