第三十一章 亞特蘭蒂斯城的星際旅途

  引力紅移，廣義相對論認為，引力勢強的地方，固有時間的流逝速度慢，也就是離體越近，時間越慢。


  這樣，體表麵原子發出的光周期變長，由於光速不變，相應的頻率變，就會向光譜中紅光方向移動，稱為引力紅移。宇宙中有很多致密的體，可以測量它們發出的光的頻率，並與地球的相應原子發出的光作比較，發現紅移量與相對論預言一致。


  上世紀60年代初，物理學家在地球引力場中利用伽瑪射線的無反衝共振吸收效應(穆斯堡爾效應)測量了光垂直傳播產生的紅移，結果與廣義相對論預言一致。按照光的波動，光在引力場中不應該有任何偏折，按半經典式的“量子論加牛頓引力論“的混合概念，用普朗克公式E=hv和質能公式E=Mc^2求出光子的質量，再用牛頓萬有引力定律計算得到太陽附近的光的偏折角，是約0.87角秒。而由廣義相對論計算得到的偏折角是1.75角秒，為前者的兩倍。


  1919年，一戰剛結束，英國科學家愛丁頓領導的兩支考察隊，利用跨大西洋日全食的機會觀測，得到的結果約為1.7角秒，而且剛好在相對論實驗誤差範圍之內，引起誤差的主要原因可能是太陽大氣對光線的偏折。、


  在現代，通過射電望遠鏡可以觀測類星體的射電信號在太陽引力場中的偏折，而不必等待日全食這種稀有的機會。高精度的測量結果進一步證實了廣義相對論的結論。、


  進一步，當星體光源發出的光在引力場（星係及黑洞）附近經過時，光線會像通過透鏡一樣發生彎曲，當光路經過引力場不同位置時，這導致地麵觀測者看到若幹個星體的成像，此類引力透鏡現象極其普遍地被文學家觀測到。


  水星近日點進動，文觀測記錄了水星近日點（橢圓軌道短軸位置）每百年移動5600角秒，研究者曾經考慮了各種因素，根據牛頓理論隻能解釋其中的5557角秒，剩餘的43角秒不知從何而來，無法解釋。廣義相對論的計算結果與平方反比的萬有引力定律有所差異，這一差異剛好使水星的近日點每百年移動43角秒。


  雷達回波時間延遲，廣義相對論認為光子靠近引力場時，就會發生時間延遲效應。光線軌跡在引力場中彎曲，使得其路徑延長。


  這種的彎曲現象可以等價地看成是一種折射，相當於有效光速減慢，因此從空間某一點發出的信號，如果途經太陽附近，到達地球的時間將有所延遲。這一想法首先由美國物理學家夏比洛(Shapiro)於1964年提出，由此來檢驗廣義相對論是否正確。從地球向行星發射雷達信號，接收行星反射的信號，測量信號往返的時間。


  如果太陽正好處於行星和地球的連線，那麽信號往返時間較沒有太陽的情況變長。如此，可以檢驗空間是否發生了彎曲，是否有時間延遲。、


  1960年代美國物理學家克服重重困難，完成了有關實驗。研究組先後對水星、金星與火星進行了雷達實驗，證明雷達回波確有延遲現象，太陽質量導致的雷達波往返的時間延遲將達到200毫秒左右，結果與廣義相對論預言相符。近年研究人員試驗月球作為反射靶，實驗精度有所改善，所得結果與廣義相對論理論值一致。


  2003年文學家利用卡西尼號土星探測器，重複先前的實驗，測量精度在0.002%範圍內觀測與理論一致，這是迄今為止精度最高的廣義相對論實驗驗證。此外，在毫秒脈衝星雙星係統的計時觀測中，來自星體的脈衝信號到達地球的時間存在延遲，這與廣義相對論引力時間延遲的影響一致。