趣科普|爱因斯坦又一次正确！太阳光谱的精确测量验证了广义相对论爱因斯坦在1915年发表的广义相对论引入

爱因斯坦在1915年发表的广义相对论引入了时空的新概念，它表明大质量物体会引起附近时空的弯曲，而时空弯曲会引起时间变慢。但是在当时的技术条件下，能明显测得到相对论效应的天体就只有太阳。那么我们应该如何测量时间延缓这一效应呢？

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总不能把时钟放在太阳表面上，即使真的能放上去，在地球上也没法看到时钟。爱因斯坦建议，可以利用太阳光的谱线来检验。如果时间变慢真的存在，那么谱线将发生红移，这就是所谓的引力红移。
我们知道，光的频率表示的是单位时间内振动的次数。在太阳表面，假设光振动一百次发出一百个光子，这些光子都被地球上的观察者所接收。但是，两地的时空弯曲程度不一样，所经历的时间也会不一样。这就导致地球上的观察者所观测到的光的频率更小，对应的波长会更长。这就是爱因斯坦广义相对论所预言的引力红移。

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【趣科普|爱因斯坦又一次正确！太阳光谱的精确测量验证了广义相对论】但是，牛顿万有引力理论也能预测引力红移。牛顿把光看作是一种粒子，它会受到引力的影响。当它试图脱离引力的束缚时，它会损失掉动能转换为势能。但是，由于光速的不变性，损失掉的动能只能表现在波长上。也就是说，光子逃离太阳越远，它的波长就越长。
根据计算，牛顿理论和广义相对论在一阶近似的情况下是相等的，它们二者只有在二阶的情况下才有差异。但是，以当时的技术条件，实验物理学家只能测出一阶的精度，因此无法鉴定这两种理论哪种更符合实际。
事实上，测量太阳的引力红移也是一件很棘手的事情。太阳表面的温度非常高，原子热运动产生的多普勒红移会使谱线变宽，但是并不会使谱线移动。不仅如此，太阳表面的宏观气流也会引起多普勒红移，这种红移会导致谱线的移动，也就是说它会附加在引力红移的效果上。此外，地球公转、自转还有太阳自转也会对此产生影响。

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这些影响的叠加使观测太阳的引力红移变得非常困难。不过，一组科学家团队另辟蹊径，以前所未有的精度测量了太阳的引力红移，验证了爱因斯坦广义相对论的预言，并将结果发表在《天文学与天体物理学》杂志上。他们并不是直接对太阳进行观测，而是使用了从月球反射的太阳光谱的观测结果。

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事实上，引力红移已经应用在我们生活中了。在现代，基本上每一件事都离不开导航的帮助，引力红移对卫星导航具有重要影响，如果不把该理论引入，那么该系统将不能运作。

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我们知道，卫星在高空中运行，其速度比较快，根据狭义相对论，它的原子钟每天比地面慢7微秒。但是它所处的引力又较小，根据广义相对论，它的原子钟每天要快45微秒。总的下来就是，它的原子钟每天要快38微秒。这小小的差距如果不进行修正，那么我们的定位将偏差十万八千里。