广义相对论的验证

1859年的一天，法国天文学家奥本·勒维耶走进书房。这一天，和他过去20年科学生涯的每一天没有什么不同。复杂的演算，繁复的手稿，一切如常。沉浸在研究中的勒维耶忽然注意到一个细节：水星的实际轨迹似乎和牛顿动力学预测的有所偏差。这是自己的粗心大意，还是那个伟大的天才牛顿错了？勒维耶不愿妄下结论。他仔细分析了从1697年到1848年近200年间水星凌日的时间纪录，结果令他诧异：每过100回归年，水星近日点的进动便会和牛顿理论预测的相差约40弧秒。勒维耶发现了这个问题，但他没能解决。随后的几十年间，所有试图解释这个问题的理论，都最终被证明是有缺陷的。牛顿万有引力定律的完美性遭到挑战，但也为科学的发展打开了一扇新窗。

1915年，爱因斯坦提出广义相对论。在广义相对论中，引力是由时空弯曲造成的。这个机制能够解释椭圆形轨道为什么会在轨道平面上改变取向，从而造成水星近日点的进动。它成功解释了水星轨道异常的问题。同时，，爱因斯坦大胆预测，除去行星轨道近日点反常进动的例子，广义相对论还能被光线偏折和引力红移两个现象所检验。

然而，这并未使爱因斯坦名声鹊起。世间普遍对这个新理论持怀疑态度，毕竟当时能验证它的现象实在太少了。

1919年，广义相对论的光线偏折验证迎来一个绝佳的机会。这一年的5月29日有一场全日食。那时，月亮将完全遮挡太阳的万丈光芒，为观测毕星团的位置制造机会。如果广义相对论是正确的，毕星团中恒星的位置将与视位置产生偏差。英国物理学家爱丁顿组建观测队，分别前往西非的普林西比岛和巴西的塞阿拉州。观测结果完全符合爱因斯坦的预测。11月，爱丁顿向英国皇家天文学会报告了观测结果，举世震惊。1919年11月7日的《伦敦时报》称广义相对论是“科学的革命，宇宙的新理论”。

即便如此，学界仍未完全肯定爱因斯坦。1921年颁发给他的诺贝尔奖，没有表彰他在相对论方面的成就，而是赞誉他在光电效应上的工作。还好，1922年在澳大利亚，七支队伍共同观测日食得出的一致结论，终于为光线曲折的验证画上了完美的句号。

1955年，爱因斯坦逝世。他未能见证引力红移对广义相对论的验证。1959年，哈佛大学科学家庞德和学生在杰弗逊物理实验室的塔顶和塔底，分别放置伽玛射线辐射源和探测器，测量信号强度。然后，他们把辐射源和探测器交换位置，再次测量。对比两次数据，他们发现，地球引力场使上行方向的伽马射线损失了百万亿分之几的能量。这个实验再次印证了爱因斯坦的理论。

至此，近日点进动、光线偏折、引力红移成功检验了广义相对论。但人们并没有停下脚步，而是致力于不断提高验证的精确度。1966年，科学家使用美国麻省理工大学的“草堆”雷达天线验证了基于广义相对论的夏皮罗时间延迟效应。1976年，美国国家航空航天局（NASA，画面显示）发射“引力探测器A”，进一步证实引力红移。1979年和2003年，登陆火星的海盗船探测器和飞往土星的卡西尼飞船相继以0.1%和0.002%的误差再次验证夏皮罗效应。而美国国家标准技术局在2010年还在用高精密原子钟推进引力红移的高精度验证。

已有100余年历史的广义相对论，依然具有强大的解释力，它为现代宇宙论模型提供了坚实的理论基础。或许它会一直这样坚如磐石，或许它会被新的智慧颠覆，我们不得而知。正如爱因斯坦所说，“科学决不是也永远不会是一本写完了的书。每一项重大成就都会带来新的问题。任何一个发展随着时间的推移都会出现新的严重的困难。”科学是永无止境的，它等待着人类不断地探索与发现。