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第13章（第1页）

狭义相对论的闵可夫斯基时空理论与重力存在不相容。

当一个地球的粒子，在一个坐标系中具有惯性，但在一个重力场可以忽略不计的地方，那么这个粒子在地球附近将不会有惯性。

然而，这两者的近似兼容的性质可以被一个著名的重力理论证实，这个理论被称为弱等效原理（wep）：所有规模不大的物体，在所提供的外界重力领域内，无论其质量、成分或者结构如何，它们都有相同的加速度。

这个原则的正确性已经被伽利略、牛顿、弗里德里希•贝塞尔（friedrichbessel）以及20世纪初的巴隆•罗兰•冯•伊洛特洛斯（baronrolandvoneotvos）证实（此后这样的实验都是以为他的名字命名的）。

如果一个观察者在重力环境下乘坐一部自由落下的电梯，因为他们都是以同一速率落下，那么电梯内所有物体最后都会沿直线匀速运动，如重力已经消失一样。

相反的，在一个没有任何重力的空间里，一个加速运动的电梯内，物体会以相同的加速度落下（因为它们的惯性），就像处在重力领域中一样。

爱因斯坦的观点是，在无重力领域中，这种消失的重力的情况不仅仅适用于机械运动，还适用于所有的物理规律，如电磁理论。

因此，在任何自由落体坐标系中，物理规律（至少是本地的）应该采纳狭义相对论的理论。

这被称为爱因斯坦等效原理（eep）。

eep的其中一个理论就是重力红位移，在一个频率上的位移，f代表光线，这条光线在重力领域中穿过高度h，给出了一个公式（δf）f=ghc2，g代表了重力加速度，c代表光的速率。

（如果光线频率下降，它就是蓝移位。

）eep第二个推测就是空间时间是可以被弯曲的。

即使这是一个高科技的事件，物理学家设想一个两个坐标系自由落体的例子，但是在地球相反的一面进行。

根据爱因斯坦等价原理，闵可夫斯基时空原理在本地的每个坐标系中都是有效的。

然而，因为坐标系在朝各自靠近时是加速运动的，两个闵可夫斯基时空在它们遇到并且契合成一个时，不能进行延展。

在重力演示中，时空在局部是一个平面，但是在球体上是弯曲的。

任何包含了爱因斯坦等价原理的重力理论都被称为&ldo;量度&rdo;理论（来自于几何学，重力的弯曲时空观点）。

因为等价原理是这个观点的关键基础，它需要被精确的测试。

伊洛特洛斯试验的版本于1964年在普林斯顿以及1971年在莫斯科进行演示，这个实验把eep精确到了10（-12）。

重力红位移测量用于：1965年在哈佛大学，一条伽马线穿过了一座塔;1965年太阳表面放射的光线1976年用于飞机和火箭的自动闹钟，这些都证实了eep的推测要精准得多。

广义相对论

等价原理和它的试验都证明了，时空的扭曲是被一种事物牵连，但是它们还不能说明时空曲率问题到底产生了多少能量。

为了确定这个曲率，我们需要一个具体的重力公测原理，如广义相对论。

广义相对论提供了一个方程组，从一个所给的物质分布上得到时空曲率的预算。

爱因斯坦的目的是找到一个最简单的场方程来建立一系列的时空曲率和把物质分布作为一种资源的理论。

这个结论是一组10个方程式。

而这不是唯一一个公测原理。

在1960年，除了曲率的场论方程和额外的引力场，引力场用曲率产生的方法来调解和论证的方程式，ch布兰斯（chbrans）和罗伯特•迪克（robertdicke）还发展和发表了测量理论。

1960年到1976年之间，这个理论变成了广义相对论的主要对手。

1916后，许多其他的测量理论出现。

至此，最重要的是广义相对论是否真的是正确的重力理论。

过去科学家经常说爱因斯坦发现了3个经典理论：重力红位移、光偏转和水星近日点的转变。

然而，红位移是一个基于方程式的测试，而不是广义相对论本身。

直到爱因斯坦时代，还有两个新的重要测试被发现：一是夏皮罗二世（iishapiro）于1964年发现的时间延迟和1968年诺特维特发现的诺特维特效应。

1919年的日食探险确立了光偏正原理，这是广义相对论的重要时刻，也奠定了爱因斯坦的理论框架。

根据这个理论，如果光线擦过太阳表面，那么将会已175&pri;的电弧方向穿透扭曲的时空。

不幸的是光学星光的挠度测量起来非常困难（一部分是因为日食，遮住了太阳的光），而且1919年到1973年的重复测量得出的是不准确的结果。

这个理论被无线电波的挠度取代，这个电波来自于遥远的类星体并用于在白天大量采用的干扰程序。

1969年到1975年，12种最终测量协议产生，其中的百分之一是对广义相对论的挠度的预测。

时滞效应是一种很小的返回延迟，它是光信号穿过靠近太阳的扭曲时空传到太阳远侧面的星球或者太空船，再返回地球的一种光信号传送方式。

对于一束光，太阳表面摩擦的延迟达到1秒的2001000000。

1964年起，雷达测距系统程序测量水星和金星到水手飞船6号、7号和9号的延迟，与维京火星探测器相比，已经能够证实这个预测精准05。

诺特维特效应是一个没有在广泛相对论中出现，但是能预测很多重力现象的替代度量理论，包括布兰斯-迪克理论（brans-dicketheory）。

它可能破坏了与重力相连接的像行星或者恒星这样巨大物体的加速度平等。

这样一种影响的存在不会破坏弱等效原则作为弯曲时空的基础应用，这个原则只用于那些内部重力连接可以忽略不计的中等大小的物体。

广义相对论最显著的特质之一是它能满足各种类型物质的燃点。

假设诺特维特效应出现了，之后地球和月亮将会受到太阳的吸引，而稍微加速，结果就是能在激光测月上观测到月球轨道上出现的微扰。

激光测月是一种通过阿波罗宇航员利用激光脉冲反射到镜子中的阵列来测量月球距离的技术。

从1969年到1976年间获得的数据看来，没有这样的扰动被检测到，误差少于30厘米（1英尺），与广义相对论的零的预测完全一致，和布兰斯-迪克理论的预测完全不同。

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