愛因斯坦曾經(jīng)預(yù)言過很多事情，在他死這些預(yù)言都被證實了，可是在他的一份神秘日記中發(fā)現(xiàn)了愛因斯坦的七大預(yù)言，而他的第一大預(yù)言就是地球在2060年消失，原因是隨著瘟疫和戰(zhàn)爭的爆發(fā)，很多生物滅絕，而蜜蜂滅絕之后四年，人類也終將會從地球上消失。

光線偏折

幾乎所有人在中學(xué)里都學(xué)過光是直線傳播，但愛因斯坦告訴你這是不對的。光只不過是沿著時空傳播，然而只要有質(zhì)量，就會有時空彎曲，光線就不是直的而是彎的。質(zhì)量越大，彎曲越大，光線的偏轉(zhuǎn)角度越大。太陽附近存在時空彎曲，背景恒星的光傳遞到地球的途中如果途徑太陽附近就會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。愛因斯坦預(yù)測光線偏轉(zhuǎn)角度是1.75″，而牛頓萬有引力計算的偏轉(zhuǎn)角度為0.87″。要拍攝到太陽附近的恒星，必須等待日全食的時候才可以。機會終于來了，1919年5月29日有一次條件極好的日全食，英國愛丁頓領(lǐng)導(dǎo)的考察隊分赴非洲幾內(nèi)亞灣的普林西比和南美洲巴西的索布拉進行觀測，結(jié)果兩個地方三套設(shè)備觀測到的結(jié)果分別是1.61″±0.30″、1.98″±0.12″和1.55″±0.34″，與廣義相對論的預(yù)測完全吻合，愛因斯坦因此名聲大噪。這是對廣義相對論的最早證實。70多年以后“哈勃”望遠鏡升空，拍攝到許多被稱為“引力透鏡”的現(xiàn)象，現(xiàn)如今也幾乎是路人皆知了。

水星近日點進動

一直以來，人們觀察到水星的軌道總是在發(fā)生漂移，其近日點在沿著軌道發(fā)生5600.73″/百年是“進動”現(xiàn)象。而根據(jù)牛頓萬有引力計算，這個值為5557.62 ″/百年，相差43.11″/百年。雖然這是一個極小的誤差，但是天文是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，明明確實存在的誤差不能視而不見。很多科學(xué)家紛紛猜測在水星軌道內(nèi)側(cè)更靠近太陽的地方還存在著一顆行星影響著水星軌道，甚至已經(jīng)有人把它起名為“火神星”(N年之后居然還有中國學(xué)者管這個不存在的行星叫“祝融星”)。不過始終未能找到這顆行星。1916年，愛因斯坦在論文中宣稱用廣義相對論計算得到這個偏差為42.98″/百年，幾乎完美地解釋了水星近日點進動現(xiàn)象。愛因斯坦本人說，當(dāng)他計算出這個結(jié)果時，簡直興奮地睡不著覺，這是他本人最為得意的成果。

引力鐘慢

同樣還是時空彎曲的結(jié)果。前文講到的都是空間上的影響，不論光還是水星都是在太陽附近彎曲的時空中運動。既然被彎曲的是時空，自然要講時間的變化。廣義相對論中具有基石意義的等效原理認為：無限小的體積中均勻的引力場等同于加速運動的參照系。而在引力場中引力勢較低的位置，也就是過去我們所學(xué)的離天體中心越近，引力越大，那么時間進程越慢，物體的尺度也越小。講通俗一點，拿地球舉例，站在地面上的人相比于國際空間站的宇航員感受到的引力更大，引力勢更低(這是比較容易理解的)，那么地面上的人所經(jīng)歷的時間相比于宇航員走地更慢，長此以往將比他們更年輕!這項驗證實驗很早就做過。1971年做過一次非常精確的測量，哈菲爾(J.C.Ha1ele)和基丁(R.E.Keating)把4臺銫原子鐘分別放在民航客機上，在1萬米高空沿赤道環(huán)行一周。一架飛機自西向東飛，一架飛機自東向西飛，然后與地面事先校準(zhǔn)過的原子鐘做比較。同時考慮狹義相對論效應(yīng)和廣義相對論效應(yīng)，東向西的理論值是飛機上的鐘比地面快275±21納秒(10-9s)，實驗測量結(jié)果為快273±7納秒，西向東的理論值是飛機上的鐘比地面慢40±23納秒，實驗測量結(jié)果為慢59±10納秒。其中廣義相對論效應(yīng)(即引力效應(yīng))理論為東向西快179±18納秒，西向東快144±14納秒，都是飛行時鐘快于地面時鐘;但需要注意的是，由于飛機向東航行是與地球自轉(zhuǎn)方向相同，所以相對地面靜止的鐘速度更快，導(dǎo)致狹義相對論效應(yīng)(即運動學(xué)效應(yīng))更為顯著，才使得總效應(yīng)為飛行時鐘慢于地面時鐘。

?此外，1964年夏皮羅提出一項驗證實驗，利用雷達發(fā)射一束電磁波脈沖，經(jīng)其他行星反射回地球再被接收。當(dāng)來回的路徑遠離太陽，太陽的影響可忽略不計;當(dāng)來回路徑經(jīng)過太陽近旁，太陽引力場造成傳播時間加長，此稱為雷達回波延遲或叫“夏皮羅時延效應(yīng)”。天文學(xué)家后來通過金星做了雷達反射完全符合相對論的描述。2003年天文學(xué)家利用卡西尼號土星探測器，重復(fù)了這項實驗，測量精度在0.002%范圍內(nèi)觀測與理論一致，這是迄今為止精度最高的廣義相對論實驗驗證。

引力紅移

從大質(zhì)量天體發(fā)出的光(電磁輻射)，由于處于強引力場中，其光振動周期要比同一種元素在地球上發(fā)出光的振動周期長，由此引起光譜線向紅光波段偏移的現(xiàn)象。只有在引力場特別強的情況下，引力造成的紅移量才能被檢測出來。二十世紀(jì)六十年代，龐德、雷布卡和斯奈德在哈佛大學(xué)的杰弗遜物理實驗室(Jefferson Physical Laboratory)采用穆斯堡爾效應(yīng)的實驗方法，定量地驗證了引力紅移。他們在距離地面22.6米的高度，放置了一個伽馬射線輻射源，并在地面設(shè)置了探測器。他們將輻射源上下輕輕地晃動，同時記錄探測器測得的信號的強度，通過這種辦法測量由引力勢的微小差別所造成的譜線頻率的移動。他們的實驗方法十分巧妙，用狹義相對論和等效原理就能解釋。結(jié)果表明實驗值與理論值完全符合。2010年來自美國和德國的三位物理學(xué)家馬勒(H.Muller)、彼得斯(A.Peters)和朱棣文通過物質(zhì)波干涉實驗，將引力紅移效應(yīng)的實驗精度提高了一萬倍，從而更準(zhǔn)確地驗證了愛因斯坦廣義相對論。

黑洞

1916年，德國天文學(xué)家卡爾·史瓦西計算得到愛因斯坦引力場方程的一個真空解，這個解表明，質(zhì)量大到一定程度，引力將把大量物質(zhì)集中于空間一點，并產(chǎn)生奇異的現(xiàn)象。這種天體被美國物理學(xué)家約翰·阿奇巴德·惠勒命名為“黑洞”。史瓦西的解表明黑洞的質(zhì)量極其巨大，而體積卻十分微小，密度異乎尋常的大，它所產(chǎn)生的引力場極為強勁，以至于任何物質(zhì)和輻射在進入到黑洞的一個事件視界(臨界點)內(nèi)，便再無法逃脫，甚至傳播速度最快的光(電磁波)也無法逃逸。如果太陽要變成黑洞就要求其所有質(zhì)量必須匯聚到半徑僅3千米的空間內(nèi)，而地球質(zhì)量的黑洞半徑只有區(qū)區(qū)0.89厘米。1964年，美籍天文學(xué)家里卡多·吉雅科尼(Riccardo Giacconi)意外地發(fā)現(xiàn)了天空中出現(xiàn)神秘的X射線源，方向位于銀河系的中心附近。1971年美國“自由號”人造衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)該X射電源的位置是一顆超巨星，本身并不能發(fā)射所觀測到的X射線，它事實上被一個看不見的約10倍太陽質(zhì)量的物體牽引著，這被認為是人類發(fā)現(xiàn)的第一個黑洞。雖然黑洞不可見，但是它對周圍天體運動的影響是顯著的?，F(xiàn)在，黑洞已經(jīng)被人們普遍接受了，天文學(xué)家甚至可以用光學(xué)望遠鏡直接看到一些黑洞吸積盤的光。

引力拖曳效應(yīng)

一個旋轉(zhuǎn)的物體特別是大質(zhì)量物體還會使空間產(chǎn)生另外的拖曳扭曲，就好像在水里轉(zhuǎn)動一個球，順著球旋轉(zhuǎn)的方向會形成小小的波紋和漩渦。地球的這一效應(yīng)，將使在空間運行的陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸發(fā)生41/1000弧秒的偏轉(zhuǎn)，這個角度大概相當(dāng)于從華盛頓觀看一個放在洛杉磯的硬幣產(chǎn)生的張角。2004年4月20日，美國航天局“引力探測-B”(GP-B)衛(wèi)星從范登堡空軍基地升空，以前所未有的精度觀測“測地線效應(yīng)”，從而尋找“慣性系拖曳”效應(yīng)的跡象。衛(wèi)星在軌飛行了17個月，隨后研究人員對測量數(shù)據(jù)進行了5年的分析。2011年5月4日美國航天局發(fā)布消息稱，GP-B衛(wèi)星已經(jīng)證實了廣義相對論的這項預(yù)測。但是該項目的經(jīng)濟性和必要性受到很多批評的聲音。

引力波

愛因斯坦在發(fā)表了廣義相對論后，又進一步闡述引力場的概念。牛頓的萬有引力定律顯示出引力是“超距”的，比如太陽如果突然消失，那么地球就會瞬間脫離自己的軌道，這似乎是正確的。但愛因斯坦提出“引力”需要在時空中傳遞，需要時間，質(zhì)量的變化引起引力場變化，引力會以光速向外傳遞，就像水波一樣，這就是“引力波”的由來。不過愛因斯坦知道引力波很微弱，像太陽這樣的恒星是不能引起劇烈擾動的，連自己都認為可能永遠都探測不到。1974年，美國物理學(xué)家泰勒(Joseph Taylor)和赫爾斯(Russell Hulse)利用射電望遠鏡，發(fā)現(xiàn)了由兩顆中子星組成的雙星系統(tǒng)PSR1913+16，并利用其中一顆脈沖星，精準(zhǔn)地測出兩個致密星體繞質(zhì)心公轉(zhuǎn)的半長徑以每年3.5米的速率減小，3億年后將合并，系統(tǒng)總能量周期每年減少76.5微秒，減少的部分應(yīng)當(dāng)就是釋放出的引力波。泰勒和赫爾斯因為首次間接探測引力波而榮獲1993年諾貝爾物理學(xué)獎。如今我們已經(jīng)直接“聽”到了引力波悅耳動聽的聲音，這預(yù)示著現(xiàn)代物理學(xué)嶄新的篇章就此開啟!

關(guān)鍵詞： 愛因斯坦的七大預(yù)言