检验广义相对论
在许多意义上，理论物理学家只是穿了工作服的哲学家。
——（ I，· BerylhaPll）（ 1949）
爱因斯坦提议用来检验广义相对论的三项观测是光线在太阳附近的偏折，水星轨道
的异常和引力场中原子谱线的红移。
光线经过太阳附近时的偏折（如图16所示）是在1919年日食时观测到的，结果与爱
因斯坦的计算值一致。
第二项检验涉及行星运动。按照牛顿天体力学，一个孤立行星是在一个固定的椭圆
轨道上围绕太阳运转（椭圆的主轴不动）。由于其他行星的存在，这个运动受到干扰，
椭圆轨道会缓慢地进动。1859年，法国天文学家勒维叶发现，水星的近日点（即其轨道
上离太阳最近的点）进动得比牛顿理论预期的要快（图17）。对外层行星（主要是木星）
弓l起的扰动的详细计算得出，水星进动速率应为每百年5514角秒，而实际进动是每百
年5557角秒，多出43角秒（一个圆是360“，每一度是3600角秒）。这个异常显然很小
（每经过三百万年水星轨道才会比理论值超前一圈），但是牛顿理论在它所运用的领域
是如此精确，因而必须对这一现象作出解释。
最自然的设想似乎是还存在一个扰动物体，可能是一个围绕太阳的物质环，或者甚
至是一个未知行星。类似的考虑已经使勒维叶成名，他在1846年通过对天王星轨道扰动
的分析预言了另一个行星即海王星的存在，随后很快就被证实。勒维叶试图重显辉煌，
说是在太阳与水星之间还有一个行星，并取名为火神星。他计算出火神星会很罕见地越
过太阳盘面（只有这时才有希望由它投在日面上的阴影来探测它）。但在1877年，刚巧
在他预言的火神星超过日面的时间之前，他去世了，因而不会知道自己的失败。那一天
所有的望远镜都对着太阳，但是火神星固执地拒不出现。
以解释水星近日点进动为唯一目标，出现了许多稍加修改的牛顿式引力理论。当时
已经知道，其他行星也有类似的近日点进动，如金星、地球和小行星伊卡鲁斯，但那些
能解释一个行星行为的理论却不适用于别的行星。
后来，由于注意到显示近日点进动的是最靠近太阳的那些行星，天文学家开始寻找
由太阳内部产生的扰动力。太阳显然不是精确球形的，这种变形原则上能引起近日点进
动。然而实际上太阳还是太圆了，牛顿引力理论，无论经过修改与否，仍然被这一小撮
古怪行星挫败。
1916年爱因斯坦广义相对论终于为行星近日点进动提供了一个目洽的统一的解释。
进动并不是由一种来自太阳的神秘引力所引起，行星是在由太阳质量所弯曲的时空中自
由运动。它们的轨道是测地线，而由太阳质量所弯曲的时空连续体的测地线并不是严格
的椭圆或双曲线，轨线的轴会随时间而缓慢进动，理论计算的进动速率精确等于观测值
（图18）。
爱因斯坦提出的第三项检验是关于光在引力场中的表观“慢化”。电磁辐射的频率
减小，波长相应地增大，即所谓“红化”（红光在可见光谱中波长最长）。要以现有的
实验精度来检验广义相对论，太阳上的这种效应就太微弱了，即使是密度比太阳大得多，
