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  • 1 # 馬芳子

    愛因斯坦建立狹義相對論後,有兩個問題一直使他感到不安:第一個是引力問題,第二個是非慣性系問題。後來他想到了“等效原理”,自由下落的參照系“等效於”無引力情況下的慣性參照系,即引力場等同於加速度。由此,愛因斯坦得出結論,任何參考系都是平等的,不管靜止的、運動的、還是在引力場中的,任何一個參考系都不會改變你對世界的看法和對自然規律的表述。等效原理表明,既然非慣性系中的慣性力可以看作是慣性系統中的引力,那麼經過一些適當變換的形式,狹義相對論的“相對性原理”在非慣性系中也同樣可以適用。相對性原理從慣性系擴充套件到一切參照系,變成了廣義相對論。

    根據等效原理,既然高速行進的物體使時間變慢,那麼強引力場也同樣會使時間變慢。地面上的時間就比高空中的時間要慢,只不過地球上時間快慢的差異太小了,探測起來極端困難。

    引力能使時間變慢的效應也是非常微弱的,科學家幾乎無法找到具有足夠精度的鐘表來測定它。五十年代末,德國物理學家穆斯堡爾因為在核物理中發現了穆斯堡爾效應,提供了一種將原子核作為極其靈敏的時鐘的方法。1959年,哈佛大學的龐恩得和雷布卡發現可以用它來檢驗廣義相對論。

    所有發光的物體都可以看成是一個時鐘。原子會按一定頻率發光,我們測量光的頻率就能測定時間。如果引力能使時間變慢,那麼,引力場內的原子所發出的光就會向低頻端紅移。愛因斯坦預言的這種時間變慢效應被稱為引力紅移。但是,因為原子不能發射頻率足夠精確的光,所以不能用來測量非常微弱的時間變慢效應。在穆斯堡爾效應中,放射性同位素能發射頻率非常準確的γ射線,這個精度足以用來測量地球表面的引力紅移。在哈佛大學的傑弗遜物理實驗室中,龐恩得和雷布卡透過實驗發現,頻率的減低同愛因斯坦所預言的完全一致。1965年,龐恩得的再次實驗得出完全相同的結論。引力能使時間變慢的效應終於得到完全證實

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