隨著類星體的發現,20 世紀60年代早期成為天文學的轉折期,同時也是相對論的創新期,相對論的黃金時代即將到來。
物理學家喬治·伽莫夫說,幾十年來,廣義相對論“一直高高在上,是科學界的泰姬陵,幾乎與物理學其他領域的快速發展沒什麼關係”。但是,隨著實驗裝置的不斷更新,也多少受第二次世界大戰實際需求的刺激,實驗物理學家開始有能力以較高的精確度檢驗愛因斯坦的預測,更重要的是,他們還著手展開新實驗。
“非常能幹的年輕一-代物理學家已經成長起來了。”惠勒在給麻省理工學院一位同行的信中這樣寫道,“實驗技術的進步和(年輕的)實驗工作者表現出來的銳意進取精神,將廣義相對論從傳統的桎梏中解救出來。”
例如,1960年,羅伯特·龐德和格倫·雷巴克終於測量到“引力紅移”,這是愛因斯坦早就預測過的廣義相對論的又一個效應。這項測量對精確度的要求極高,因此一直難以完成。在苦等了40年之後,這項愛因斯坦關於引力行為的第3 個預測“最終被證實”。
簡而言之,當光波從強大的引力場逃逸時,它會被拉長(因波長變長而顏色更“紅”了)。龐德和雷巴克在哈佛大學的校園裡測量了這一效應。他們在地表放置了由處於激發態的原子躍遷回基態的時候輻射出的伽馬射線(源),對準在物理實驗室大樓頂端幾層樓高的塔頂。輻射經過約 22 米的路程到達塔頂,伽馬射線的波長確實拉長了一點,與愛因斯坦的預測相吻合。
和太空中的時鐘相比,地球上的時鐘走得更慢,原因正是引力紅移效應。
你可以把光波看作彈簧,在它們向上彈出去而脫離地球引力的時候,彈簧被拉長。當光波的波長變長時,光波的頻率,即每秒鐘經過我們的光波的次數減少了。如果將伽馬射線當作一個時鐘,那麼由於地球引力場的作用,“時鐘的滴答聲”變慢了。我們不會注意到這個變化,因為我們身體裡的原子也變慢了。只有透過比較,我們才能確認這種效應。在太空中自由漂浮的時鐘感應不到這種引力效應,所以,相比之下會跑得快一些。
安裝在全球定位系統(GPS)衛星上的高穩定時鐘遠離地球,會比地球時鐘跑得快一點。因此,根據廣義相對論原理,我們必須安裝定期修正(時間)的程式,以確保 GPS 對我們在地球上的汽車、輪船和飛機的導航不出差錯(這也許是廣義相對論在我們的日常生活中的首次應用)。
時鐘減慢多少取決於引力場的強度。如果一個人能奇蹟般地在重力是地球一萬億倍的中子星上生存下來的話,很顯然,他變老的速度比生活在地球上的人要慢。在地球上時光流逝了10年,而在這顆中子星上時光只流逝了8年。
天文學家談論著引力坍縮問題,實驗物理學家檢驗著愛因斯坦的預測,人們感覺廣義相對論正從沉睡中甦醒。理論物理學家也恢復了對廣義相對論的興趣。