证明两个相对论正确性的实验证据已经不少。狭义相对论就不用说了,从微观到宇观,从量子物理中的实验,到高能加速器及对撞机的应用,各个方面都要涉及狭义相对论效应,至今没有观测到对这个理论破坏的迹象。
广义相对论早就有了三大经典实验验证:水星轨道近日点的进动;光波在太阳附近的偏折;光波的引力红移,分别如图4-4-1a、b、c所示。这三个现象中,牛顿力学计算的结果与实际观测结果有一定偏差,广义相对论的计算结果则与实验精确符合。因此,牛顿引力定律可以当作是广义相对论在引力场较弱,应用范围不大时候的近似。
图4-4-1:广义相对论的三大经典实验验证
之后,天文学中观测到的引力透镜现象,引力时间延迟,引力红移,对脉冲双星的观测,以及引力波的探测接收等,已经有无数多的实验和天文观测数据间接或直接地验证了广义相对论的结论。
在此介绍一下两个相对论在一项与我们当今的日常生活紧密相关的GPS(全球定位系统)技术中的应用。
几乎每个使用智能手机的人,或者是开车的人,都知道GPS。现在开车的司机好像已经离不开GPS。记得刚来美国时,如果开车去外面玩,得首先盯着一张大大的地图找半天路,地图上的街名往往太小,还得借助于放大镜,计划好了行程才能上路。后来,有了电子地图的软件(但没有定位系统),可以将地图放大,感觉已经方便多了。
(GPS的运行机理。图片来自网络)