水星的進動

簡單來說水星的進動就是水星的近日點會隨著時間而變化。

16世紀以來，天文學家們對水星的進動進行觀測，並記錄大量的額數據。1859年，法國天文學家勒威耶發現水星的進動數值與根據牛頓定律計算的數值不同。

曾經天王星的實際軌道也與牛頓定律計算的軌道不同，當時推測是一顆未知的天體引力干擾，於是找到了海王星。本著牛頓定律不會有錯誤的想法，科學家們推測在水星之內還有一顆未知的行星「火神星」。但是經過多年的觀測，天文學家們始終沒有找到這顆行星的存在。

19世紀末，電磁學理論剛剛發展，韋伯、黎曼等人試圖用電磁理論來解釋水星的進動問題，但都未取得進展。

1915年愛因斯坦在《用廣義相對論解釋水星近日點運動》中計算了水星近日點的運動，才解決了這個問題。

光線的彎曲

在廣義相對論之前，科學家們認為光只能沿著直線傳播。

愛因斯坦廣義相對論預言光線能夠彎曲。當太空中出現一個大質量天體的時候，大質量天體附近的時空會發生畸變，而光在這畸變的時空中傳播走的路線正是彎曲的。之所以我們認為光只能沿直線傳播，是因為我們生活的環境質量太小，不足以使光發生可觀測到的彎曲。就算太陽系中質量最大的太陽，讓光發生彎曲的角度也是小的可憐。

既然如此，那麼當時如何檢驗這一理論正確與否？日全食。當日食發生時，我們對著日食發生區域的天空拍一張照片，到晚上我們又在同一個地方往天空拍攝一張照片，通過兩張照片中特定星星位置的對比、測算，算出光的偏折角，然後與理論值進行對比，結果會發現數據與結論吻合。

光線彎曲還會產生一種有趣的天文現象：引力透鏡。如果在觀測者到光源的視線之間有一個大質量的天體，光源發出的光就會被彎曲而觀測者就能看到光源形成的多個像，就好像有一面透鏡放在觀測者和天體之間一樣，這種現象稱之為引力透鏡效應。著名的引力透鏡效應有愛因斯坦十字。

引力紅移

在地球向上拋出一個物體，該物體會慢慢減速直至速度為零，然後反向掉下來。假設我們向上拋出一個光子，會發生什麼情況呢？我們已經知道光速不變，任何作用都不能使光的速度變慢。但是光子在引力場的作用下還是會損失能量，根據光的能量表達式

得知光能量的損失表現在波長的變化上。

當光離開天體時，光的波長變長，此時我們稱為「紅移」。

當光接近天體時，光的波長變短，此時我們稱為「藍移」。

引力紅移公式

其中RS為史瓦西半徑。

引力波

LIGO發現引力波的新聞已經讓引力波這個詞語被公眾所熟知，很多科普機構也都對引力波進行了很詳細的科普，在這裡我們也簡單解釋一下。

引力波是愛因斯坦廣義相對論預言的一種現象。天體附近的時空會發生畸變，而當天體運動時，就會引起時空的漣漪，以引力波的方式向外傳播能量。因為引力波會攜帶能量，所以天體的軌道會越變越小，最終會合併在一起。上次探測到的兩個黑洞合併和中子星合併就是這個道理。

本文轉自公眾號萬象經驗

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