愛(ài)因斯坦的預(yù)言包括光的偏轉(zhuǎn)，水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)，慢引力鐘，引力紅移，黑洞，引力拖曳效應(yīng)，引力波。

1.光線偏轉(zhuǎn)

幾乎每個(gè)人在中學(xué)都學(xué)過(guò)光是直線傳播的，但愛(ài)因斯坦告訴你，這是錯(cuò)的。光只沿時(shí)間空傳播，但只要有質(zhì)量，有時(shí)就會(huì)彎曲空，光不是直的而是彎曲的。質(zhì)量越大，彎曲越大，光的偏轉(zhuǎn)角越大。當(dāng)靠近太陽(yáng)時(shí)，空彎曲，背景恒星的光如果在去地球的路上經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近就會(huì)偏轉(zhuǎn)。愛(ài)因斯坦預(yù)測(cè)光的偏轉(zhuǎn)角為1.75″，牛頓引力計(jì)算偏轉(zhuǎn)角為0.87″。為了拍攝太陽(yáng)附近的星星，我們必須等待日全食。機(jī)會(huì)終于來(lái)了。1919年5月29日，條件極佳的日全食。英格蘭的愛(ài)丁頓率領(lǐng)的探險(xiǎn)隊(duì)前往非洲幾內(nèi)亞灣的普林西普和南美洲的巴西索布拉進(jìn)行觀察。兩地三套設(shè)備觀測(cè)到的結(jié)果分別為1.61 ″ 0.30 ″、1.98 ″ 0.12 ″和1.55 ″ 0.34 ″，完全符合廣義相對(duì)論的預(yù)測(cè)，這是對(duì)廣義相對(duì)論最早的確認(rèn)。70多年后，“哈勃”望遠(yuǎn)鏡升至空，拍攝到了許多被稱為“引力透鏡”的現(xiàn)象，現(xiàn)在幾乎人人皆知。

2.水星在近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)

長(zhǎng)期以來(lái)，人們觀察到水星的軌道一直在漂移，其近日點(diǎn)沿軌道為5600.73″/世紀(jì)，這是一種“歲差”現(xiàn)象。根據(jù)牛頓引力計(jì)算，這個(gè)值是5557.62″/百年，相差43.11″/百年。雖然這是微小的誤差，但天文學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，顯然有不容忽視的誤差。許多科學(xué)家推測(cè)，水星軌道內(nèi)還有一顆行星離太陽(yáng)更近，有些人甚至將其命名為火神。然而，這顆行星從未被發(fā)現(xiàn)。1916年，愛(ài)因斯坦在論文中聲稱，廣義相對(duì)論計(jì)算的偏差為42.98″/ 100年，幾乎完美地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)。愛(ài)因斯坦自己說(shuō)，他計(jì)算這個(gè)結(jié)果的時(shí)候，簡(jiǎn)直興奮得睡不著覺(jué)，這是他最驕傲的成就。

3.重力時(shí)鐘很慢

也是時(shí)間空彎曲的結(jié)果。以上都是空之間的影響。當(dāng)太陽(yáng)彎曲時(shí)，光和水銀都向內(nèi)移動(dòng)。既然是時(shí)間空彎曲了，自然要說(shuō)時(shí)間的變化。廣義相對(duì)論中具有基石意義的等效原理認(rèn)為，無(wú)限小體積中的均勻引力場(chǎng)相當(dāng)于加速運(yùn)動(dòng)的參照系。在引力場(chǎng)中，引力勢(shì)低的地方，也就是過(guò)去我們學(xué)的越靠近天體中心，引力越大，時(shí)間過(guò)程越慢，物體的尺度越小。說(shuō)得通俗一點(diǎn)，以地球?yàn)槔?。比起?guó)際空間站的宇航員空，地面上的人感受到的重力更大，引力勢(shì)更低，所以地面上的人會(huì)比宇航員走得慢，長(zhǎng)此以往會(huì)更年輕！這個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)做的很早。1971年，進(jìn)行了一次非常精確的測(cè)量。哈弗和基廷分別將四個(gè)銫原子鐘放在一架民用客機(jī)上，在1萬(wàn)米空的高度沿赤道盤旋。一架飛機(jī)從西向東飛，一架從東向西飛，然后和地面上預(yù)先校準(zhǔn)的原子鐘對(duì)比?？紤]狹義相對(duì)論效應(yīng)和廣義相對(duì)論效應(yīng)，從東到西的理論值是，平面上的時(shí)鐘比地面快275±21納秒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果快273±7納秒。從西向東的理論值是平面上的時(shí)鐘比地面慢40±23納秒，實(shí)驗(yàn)結(jié)果慢59±10納秒。其中廣義相對(duì)論效應(yīng)從東到西快179±18納秒，從西到東快144±14納秒，意味著飛行時(shí)鐘比地面時(shí)鐘快；但需要注意的是，由于飛機(jī)與地球自轉(zhuǎn)同向東航，相對(duì)于地面靜止的時(shí)鐘更快，導(dǎo)致更顯著的狹義相對(duì)論效應(yīng)，使得飛行時(shí)鐘比地面時(shí)鐘慢的總效應(yīng)。

4.重力紅移

大質(zhì)量天體發(fā)出的光處于強(qiáng)引力場(chǎng)中，其光振動(dòng)周期比地球上同一元素發(fā)出的光振動(dòng)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致譜線向紅帶移動(dòng)的現(xiàn)象。只有引力場(chǎng)特別強(qiáng)的時(shí)候，才能探測(cè)到引力引起的紅移。20世紀(jì)60年代，龐德、雷布卡和斯奈德利用哈佛大學(xué)杰弗遜物理實(shí)驗(yàn)室的穆斯堡爾效應(yīng)對(duì)引力紅移進(jìn)行了定量驗(yàn)證。他們?cè)陔x地面22.6米的高度放置了一個(gè)伽馬射線輻射源和一個(gè)探測(cè)器。他們輕輕地上下?lián)u動(dòng)輻射源，并記錄探測(cè)器測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度。用這種方法，他們測(cè)量了引力勢(shì)的微小差異所引起的譜線頻率的偏移。他們的實(shí)驗(yàn)方法很巧妙，可以用狹義相對(duì)論和等價(jià)原理來(lái)解釋。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)值與理論值吻合較好。2010年，美國(guó)和德國(guó)的三位物理學(xué)家馬勒、彼得斯和朱將引力紅移效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)精度提高了1萬(wàn)倍，從而更準(zhǔn)確地驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。

5.黑洞

1916年，德國(guó)天文學(xué)家卡爾·史瓦西計(jì)算出愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的一個(gè)真空解。這個(gè)解說(shuō)明重力會(huì)將大量的物質(zhì)集中在空之間，產(chǎn)生奇怪的現(xiàn)象。這個(gè)天體被美國(guó)物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為“黑洞”。史瓦西的解表明黑洞質(zhì)量極大，但體積極小，密度異常大。它產(chǎn)生的引力場(chǎng)如此之強(qiáng)，以至于任何物質(zhì)和輻射在進(jìn)入黑洞的一個(gè)事件視界后都無(wú)法逃逸，即使是傳播最快的光也無(wú)法逃逸。太陽(yáng)要變成黑洞，它的所有質(zhì)量都必須匯聚到半徑只有3 km 空的地方，而地球質(zhì)量的黑洞半徑只有0.89 cm。1964年，美國(guó)天文學(xué)家里卡多·吉·雅科尼意外地在天空中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)神秘的X射線源空，它位于銀河系中心附近。1971年，美國(guó)衛(wèi)星“自由”號(hào)發(fā)現(xiàn)X射線源的位置是一顆超級(jí)巨星，它不能發(fā)射觀測(cè)到的X射線。它實(shí)際上是由一個(gè)質(zhì)量約為太陽(yáng)10倍的看不見(jiàn)的物體拉動(dòng)的，被認(rèn)為是人類發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)黑洞。黑洞雖然看不見(jiàn)，但它對(duì)周圍天體運(yùn)動(dòng)的影響是顯著的?，F(xiàn)在黑洞已經(jīng)被人們廣泛接受，天文學(xué)家甚至可以用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡直接看到一些黑洞吸積盤的光。

6.重力拖曳效應(yīng)

一個(gè)旋轉(zhuǎn)的物體，尤其是質(zhì)量物體，會(huì)在空之間引起另一個(gè)拖曳變形，就像在水中旋轉(zhuǎn)一個(gè)球，會(huì)沿著球的旋轉(zhuǎn)方向形成小的波紋和漩渦。地球的這種效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行在空之間的陀螺儀的旋轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)41/1000弧秒，大致相當(dāng)于從華盛頓觀看一枚放置在洛杉磯的硬幣所產(chǎn)生的張角。2004年4月20日，NASA的“重力探測(cè)-B”衛(wèi)星從范登堡空軍事基地升空，以前所未有的精度觀測(cè)測(cè)地線效應(yīng)，從而尋找“慣性系統(tǒng)阻力”效應(yīng)的跡象。衛(wèi)星在軌道上飛行了17個(gè)月，然后研究人員分析了5年的測(cè)量數(shù)據(jù)。2011年5月4日，NASA發(fā)布消息稱GP-B衛(wèi)星已經(jīng)證實(shí)了廣義相對(duì)論的這一預(yù)測(cè)。然而，這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和必要性受到了許多聲音的批評(píng)。

7.引力波

愛(ài)因斯坦發(fā)表廣義相對(duì)論后，進(jìn)一步闡述了引力場(chǎng)的概念。牛頓萬(wàn)有引力定律說(shuō)明引力是“超距”的。比如太陽(yáng)突然消失，地球會(huì)瞬間脫離軌道，這似乎是對(duì)的。但愛(ài)因斯坦提出“引力”需要在時(shí)間空內(nèi)傳遞，這需要時(shí)間。質(zhì)量的變化引起引力場(chǎng)的變化，引力會(huì)以光速向外傳遞，就像水波一樣，這就是“引力波”的起源。但是，愛(ài)因斯坦知道引力波非常微弱，像太陽(yáng)這樣的恒星不可能引起劇烈的擾動(dòng)，甚至他認(rèn)為它們可能永遠(yuǎn)也探測(cè)不到。1974年，美國(guó)物理學(xué)家泰勒和霍爾斯利用射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了由兩顆中子星組成的雙星系統(tǒng)PSR1913+16，并精確測(cè)量出兩顆圍繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的致密恒星的半長(zhǎng)直徑以每年3.5米的速度減小，3億年后將合并，系統(tǒng)總能量周期每年減少76.5微秒，減小的部分應(yīng)該是釋放的引力波。泰勒和霍爾斯首次因間接探測(cè)引力波獲得1993年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?，F(xiàn)在我們直接“聽(tīng)到”了引力波的甜美聲音，預(yù)示著現(xiàn)代物理學(xué)將翻開(kāi)新的篇章！