韦德体育注册官方入口 解读广义相对论，三个经典实验有力地证明了其正确性！

在1905年，那个时代的物理学界迎来了爱因斯坦的颠覆性之作——狭义相对论的诞生。在这一理论中，爱因斯坦通过演绎法展现了他的独特洞察力，提出光速不变的现象升级为光速不变原理，将所有参考系置于平等的物理地位上。为了达到这一平等，爱因斯坦重新界定了长度、时间和质量的概念，使它们在速度的加持下发生相应的变化。

然而，狭义相对论本身并不是一个完全成熟的理论。现实中的物体不仅有速度，还涉及加速度；宇宙不仅是物理背景，空间结构也会因物质的存在而异。

于是，爱因斯坦又一次运用演绎法，将引力质量和惯性质量的表面等价性提升为等效原理，将两者视为同一概念。这样，作为物质实体的物体与空间建立了一种内在的联系。空间能够影响包括光子在内的所有物体的运动，反之，物质亦能使空间发生几何性质的弯曲。这种认知的转变，从机械世界观过渡到了几何世界观，产生了质的飞跃。

这实际上是人类的认知模式，发生了很大的转变。对于这种转变，需要通过实验来确认和推进。广义相对论的早期验证实验共有三个，分别是水星剩余进动、光线弯曲和引力红移，这三大实验对广义相对论的确立起到了关键作用，因此被誉为三大经典实验。

水星作为最接近太阳的行星，其椭圆轨道的偏心率很大。自19世纪初，天文学家便注意到水星绕太阳一圈后，其与太阳的连线会有微小的前移，这在物理上被称为进动。根据历史数据统计，水星每百年约有5600秒的进动。经过对各种天体对水星的摄动效应的计算，竟然还剩下43秒的进动无法得到解释，这便是著名的水星剩余进动。

当时，科学家们寄望于这个现象能带来新的发现，并在随后几十年提出了多种物理解释，包括小行星和太阳的扁率等。然而，这些解释或是无法单独解释水星的43秒进动，或是要求其他行星也存在显著的进动，与实际观测不符。因此，这个谜题迟迟未能解开。

广义相对论提出后，自然而然地担负起了解释水星剩余进动的重任。最初，由于计算失误，爱因斯坦得出的进动数值仅为43秒的三分之一。但经过不懈努力，爱因斯坦在1916年修正了计算，终于得出了与观测相符的43秒进动。因此，水星剩余进动实验被认为是广义相对论的首个验证实验。

尽管如此，仍有科学家质疑，水星剩余进动是否由多种因素共同作用产生。例如，美国物理学家迪克在20世纪60年代提出新的理论，可以解释40秒的水星进动。如果太阳的扁率能产生3秒的进动，迪克的理论便能成立。然而，此时广义相对论已经根深蒂固，奥卡姆剃刀原则表明，一个理论能解释的问题，无需多个理论来解答。

光线弯曲是爱因斯坦预言的第一个实验，也是广义相对论获得广泛认可的关键。实验的基本原理是，利用日蚀时拍摄太阳一侧的星光，半年后再在无太阳的情况下拍摄同一区域的星光，通过比较两张照片记录星光的位移。如果光线确实因太阳引力弯曲，那么每个星光都会有向中心的位移。

实验的实施具有挑战性，既需要利用日蚀拍摄，又需挑选距离太阳较远的星光（10个太阳直径以上），但又不能过远（20个太阳直径以内），以避免光线弯曲效应过小，被其他背景因素掩盖。

实验结果不直接为数值，而是一系列统计数据。统计方法有绝对法和相对法两种。绝对法直接对比两张照片的差异，相对法则假定照片边缘星光无位移，调整星光位移至零，再根据调整尺度校正其他星光位移。乳胶照片在干燥过程中会向中心收缩，产生星光位移，相对法旨在排除这一影响。

不幸的是，两种统计方法的结果差异至少10%。幸运的是，实验主持人爱丁顿大力支持广义相对论，经过统计和修正后，实验结果与爱因斯坦的预言基本相符，广义相对论因此获得了验证。光线弯曲实验也因与传统直线运动的对比，使爱因斯坦名声大噪。

事实上，光线弯曲的真正意义不在于具体数值，而在于承认光的粒子性和质量。广义相对论之前，人们并未料到光线可被物质吸引而弯曲。只要将光视为有质量的粒子，牛顿万有引力也可计算出光线弯曲效应。

然而，早期的计算仅考虑了引力的横向效应，只预测了广义相对论一半的弯曲度。进一步考虑引力的纵向效应，将引力场视为密度较小的介质空间，靠近引力场时，光的等效速度增大；远离引力场时，等效速度减小。这会产生类似折射效应（引力透镜效应），使得万有引力和广义相对论的预测完全一致，均为1.75秒的弯曲度。

引力红移作为第三个经典实验，却并不那么顺利，因其效应微小，仅有百万分之一的量级。基本原理是，每个原子的光谱相同，可以根据光谱判断元素。由于引力作用，光子离开引力场时，需消耗能量以克服引力，导致频率降低，产生引力红移。

实验最初对太阳进行，结果并不利于广义相对论。后续多次观测效果也不理想。最后，将实验移至质量更大的白矮星。尽管质量增大导致红移量增大，但距离遥远导致其他物理参数不确定。这一实验持续到20世纪60年代，在爱因斯坦去世及广义相对论获得广泛认可后，最终验证了广义相对论。

通过这些实验的介绍，我们看到实验验证并非绝对，受到诸多因素限制。首先，宏观范围之外的未知因素限制了实验效果。在排除所有未知因素前，实验无法绝对验证理论。其次，其他理论亦可解释同一实验，实验只能帮助选择理论，而非证明理论正确。

因此，实验与理论相辅相成。两者互为促进，理论则进步；反之，理论则退步，需新理论替代。