第40部分(第3/4頁)
章節報錯
沿著一個圓周運動。事實上,廣義相對論預言的行星軌道幾乎和牛頓引力理論所預言的完全一致。然而,對於水星,這顆離太陽最近、受到引力效應最強、並具有被拉得相當長的軌道的行星,廣義相對論預言其軌道橢圓的長軸繞著太陽以大約每1萬年1度的速率進動。這個效應雖然小,但在1915年前即被人們注意到了,並被作為愛因斯坦理論的第一個驗證。近年來,其他行星的和牛頓理論預言的甚至更小的軌道偏差也已被雷達測量到,並且發現和廣義相對論的預言相符。
光線也必須沿著空間——時間的測地線走。空間是彎曲的事實又一次意味著,在空間中光線看起來不是沿著直線走。這樣,廣義相對論預言光線必須被引力場所折彎。譬如,理論預言,由於太陽的質量的緣故,太陽近處的點的光錐會向內稍微偏折。這表明,從遠處恆星發出的剛好透過太陽附近的光線會被折彎很小的角度,對於地球上的觀察者而言,這恆星顯得是位於不同的位置。當然,如果從恆星來的光線總是在靠太陽很近的地方穿過,則我們無從知道這光線是被偏折了,還是這恆星實際上就是在我們所看到的地方。然而,當地球繞著太陽公轉,不同的恆星從太陽後面透過,並且它們的光線被偏折。所以,相對於其他恆星而言,它們改變了表觀的位置。
在正常情況下,去觀察到這個效應是非常困難的,這是由於太陽的光線使得人們不可能觀看天空上出現在太陽附近的恆星。然而,在日食時就可能觀察到,這時太陽的光線被月亮遮住了。由於第一次世界大戰正在進行,愛因斯坦的光偏折的預言不可能在1915年立即得到驗證。直到1919年,一個英國的探險隊從西非觀測日食,指出光線確實像理論所預言的那樣被太陽所偏折。光偏折被後來的許多次觀測準確地證實。
另一廣義相對論的預言是,在像地球這樣的大質量的物體附近,時間顯得流逝得更慢一些。這是因為光能量和它的頻率(每秒鐘裡光振動的次數)有一關係:能量越大,則頻率越高。當光從地球的引力場往上走,它失去能量,因而其頻率下降(這表明兩個波峰之間的時間間隔變大)。從在上面的某個人來看,下面發生的每一件事情都顯得需要更長的時間。利用一對安裝在一個水塔的頂上和底下的非常準確的鐘,這個預言在1962年被驗證到。發現底下的那隻更接近地球的鐘走得更慢些,這和廣義相對論完全一致。地球上的不同高度的鐘的速度不同,這在目前具有相當的實用上的重要性,這是因為人們要用衛星發出的訊號來作非常精確的導航。如果人們對廣義相對論的預言無知,所計算的位置將會錯幾英哩!
牛頓運動定律使空間中絕對位置的觀念告終。而相對論擺脫了絕對時間。考慮一對雙生子,假定其中一個孩子去山頂上生活,而另一個留在海平面,第一個將比第二個老得快。這樣,如果他們再次相會,一個會比另一個更老。在這種情形下,年紀的差別非常小。但是,如果有一個孩子在以近於光速運動的空間飛船中作長途旅行,這種差別就會大得多。當他回來時,他會比留在地球上另一個人年輕得多。這即是被稱為雙生子的佯謬。但是,只是對於頭腦中仍有絕對時間觀念的人而言,這才是佯謬。在相對論中並沒有一個唯一的絕對時間,相反地,每個人都有他自己的時間測度,這依賴於他在何處並如何運動。
愛因斯坦的理論再一次被證實,這一次是關於引力速度的,這是當時的新聞報道:兩位科學家在美國天文學會2003年年會上提出,他們透過對木星遮掩類星體進行的一項觀察研究顯示,引力的傳播速度和光速一樣快。儘管這個實驗還要得到進一步證實,但畢竟還是有了初步結論。
工業革命的擴散(十六)
1900年元旦,著名的英國物理學家開爾文勳爵在新年獻詞中十分滿意地