航线。在广义相对论中,物体总是沿着四维时空直线走。尽管如此,在们三维空间看起来它是沿着弯曲途径(这正如同看架在非常多山地面上空飞行飞机。虽然它沿着三维空间直线飞,在二维地面上它影子却是沿着条弯曲路径)。
图2.8
太阳质量引起时空弯曲,使得在四维时空中地球虽然沿着直线轨迹,它却让们在三维空间中看起来是沿着个圆周运动。事实上,广义相对论预言行星轨道几乎和牛顿引力理论所预言完全致。然而,对于水星,这颗离太阳最近、受到引力效应最强、并具有被拉得相当长轨道行星,广义相对论预言其轨道椭圆长轴绕着太阳以大约每1万年1度速率进动。这个效应虽然小,但在1915年前即被人们注意到,并被作为爱因斯坦理论第个验证。近年来,其他行星和牛顿理论预言甚至更小轨道偏差也已被雷达测量到,并且发现和广义相对论预言相符。
光线也必须沿着时空测地线走。空间是弯曲事实又次意味着,在空间中光线看起来不是沿着直线走。这样,广义相对论预言光线必须被引力场所折弯。譬如,理论预言,由于太阳质量缘故,太阳近处点光锥会向内稍微偏折。这表明,从远处恒星发出刚好通过太阳附近光线会被折弯很小角度,对于地球上观察者而言,这恒星显得是位于不同位置(图2.9)。当然,如果从恒星来光线总是在靠太阳很近地方穿过,则们无从知道这光线是被偏折,还是这恒星实际上就是在们所看到地方。然而,当地球绕着太阳公转,不同恒星从太阳后面通过,并且它们光线被偏折。所以,相对于其他恒星而言,它们改变表观位置。
图2.9
在正常情况下,去观察到这个效应是非常困难,这是由于太阳光线使得人们不可能观看天空上出现在太阳附近恒星。然而,在日食时就可能观察到,这时太阳光线被月亮遮住。由于第次世界大战正在进行,爱因斯坦光偏折预言不可能在1915年立即得到验证。直到1919年,个英国探险队从西非观测日食,指出光线确实像理论所预言那样被太阳所偏折。这次德国人理论为英国人所证明被欢呼为战后两国和好伟大行动。具有讽刺意味是,后来人们检查这回探险所拍照片,发现其误差和所企图测量效应同样大。他们测量纯属是运气,或是已知他们所要得结果情形,这在科学上是普遍发生。然而,光偏折被后来许多次观测准确地证实。
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