第90章 力場（第2頁）

平日里，當(dāng)我們悠然自得地漫步于平坦無垠的大地之上時，憑借著日積月累的日常生活經(jīng)驗(yàn)，我們總是理所當(dāng)然地覺得自己腳下所踏出的每一步都是筆挺筆直、毫無曲折的直線?？墒前?，倘若我們始終堅定不移地沿著這條看似平凡無奇的道路一路前行，而且將這段漫漫旅程不斷延伸拓展，直至長達(dá)二十公里那樣遙遠(yuǎn)的距離之時，或許就在某個不經(jīng)意間，我們將會驚愕萬分地察覺到，原本信誓旦旦認(rèn)定為筆直如箭的道路，竟然不知何時已然悄然開始緩緩向下彎曲起來。哎呀呀，這究竟是怎么一回事呢？其實(shí)答案并不復(fù)雜，只因?yàn)槲覀冑囈陨娴牡厍虮旧砭褪且粋€呈圓球狀的巨大天體呀！

當(dāng)我們回首遙望歐洲地中海地區(qū)那波瀾壯闊的航海歷史時，會發(fā)現(xiàn)一個饒有趣味的奇妙現(xiàn)象。想象一下，人們站在岸邊極目遠(yuǎn)眺，遠(yuǎn)方海面上的船只起初清晰可見，它們就像是海面上的一個個小點(diǎn)，隨著距離的不斷拉大，這些小點(diǎn)卻漸漸變得模糊不清，最終竟然如同被施了魔法一般，一點(diǎn)一點(diǎn)、緩緩地從我們的視線之中徹底消失得無影無蹤！

這種令人費(fèi)解的現(xiàn)象背后究竟隱藏著怎樣不為人知的秘密呢？其實(shí)，它恰恰生動地證明了大海的水面并非如我們平常所想象的那樣平坦如鏡，而是在較大的尺度范圍內(nèi)展現(xiàn)出球面的獨(dú)特形態(tài)。然而，如果我們將目光僅僅聚焦于較小的局部范圍，那么把這個球面近似地視為平面也并不會產(chǎn)生過于明顯的偏差和錯誤。

無獨(dú)有偶，同樣的道理也適用于對時空特性的研究與理解。在相對較為狹窄的空間區(qū)域里，盡管引力始終存在并且發(fā)揮著作用，但由其引發(fā)的時空彎曲效應(yīng)并不十分突出和顯著。正因如此，在這樣的情況下，我們完全可以認(rèn)為平直時空在此處成為了一種幾乎堪稱完美的近似表達(dá)方式。

當(dāng)引力場較為強(qiáng)大，并且我們所觀測的區(qū)域不斷擴(kuò)大時，彎曲的效應(yīng)便成為一個無法忽視的重要因素，如果對其置之不理，那么最終得到的數(shù)據(jù)將會產(chǎn)生極大的誤差。讓我們通過一個具體的例子來更好地理解這一現(xiàn)象：假設(shè)你正在北京市區(qū)內(nèi)旅行，由于距離相對較短，此時你完全無需去考慮地面彎曲所帶來的影響；然而，倘若你的旅程是從北京一直延伸至遙遠(yuǎn)的海南島這樣的大尺度范圍，那么由緯度差異而引發(fā)的地面彎曲情況就變得相當(dāng)顯著且不容忽視了。正是基于這種情況，原本適用于較弱引力場和較小觀測區(qū)域的狹義相對論（SR）與經(jīng)典的牛頓引力理論相結(jié)合，進(jìn)而演變?yōu)楦鼮橥晟坪途_的廣義相對論（GR）。

特別需要指出的是，當(dāng)引力場變得極其微弱的時候，廣義相對論會逐漸趨近于狹義相對論；同樣地，當(dāng)物體的運(yùn)動速度較為緩慢時，廣義相對論也會自然而然地回歸到牛頓引力理論。由此可見，廣義相對論并非是對過去理論的全盤否定或徹底顛覆，而是在前人研究成果的基礎(chǔ)之上更進(jìn)一步、更臻完美的發(fā)展。它不僅沒有違背那些在傳統(tǒng)條件下（即低速和弱引力環(huán)境）經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，反而以一種更高層次的視角將這些已有知識有機(jī)融合，并拓展出全新的科學(xué)視野和應(yīng)用領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，廣義相對論堪稱人類對于宇宙本質(zhì)認(rèn)識道路上一座具有劃時代意義的豐碑！

換句話說，狹義相對論與牛頓引力定律只不過是愛因斯坦廣義相對論的一種近似表達(dá)罷了。既然如此，那廣義相對論所獨(dú)有的全新結(jié)論以及相關(guān)預(yù)言究竟會呈現(xiàn)出怎樣一番景象呢？就拿炮彈來說吧，它在引力場作用之下會走出一條拋物線軌跡，而這種現(xiàn)象實(shí)際上正是由于引力場所導(dǎo)致的，也就是所謂的彎曲時空軌道運(yùn)動的具體體現(xiàn)。倘若不存在引力場的影響，亦或是炮彈沿著地心的徑向方向移動，那么此時炮彈便會沿著直線行進(jìn)。很明顯，牛頓那個著名的蘋果從樹上掉落下來，其運(yùn)動方式恰好就屬于后一種朝著地心方向的指向性運(yùn)動情形?；诖?，愛因斯坦的廣義相對論提出了三項能夠加以驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，并且在此后的日子里，這些設(shè)想均被天文學(xué)家和物理學(xué)家們成功地予以證實(shí)。它們分別是：引力紅移、光線偏折以及水星近日點(diǎn)進(jìn)動。而后，隨著科學(xué)研究的不斷深入，人們又新增了第四個可用于驗(yàn)證該理論的實(shí)驗(yàn)項目——雷達(dá)回波的時間延遲。話說回來，想象一下那神秘莫測的亞特蘭蒂斯城，如果展開一場跨越星際的漫長旅途，又將會遭遇哪些前所未有的奇妙經(jīng)歷和未知挑戰(zhàn)呢？或許在遙遠(yuǎn)的星系深處，隱藏著無數(shù)不為人知的奧秘等待著勇敢的探索者去揭開……

在廣袤無垠的宇宙之中，存在著一種奇妙而又神秘的現(xiàn)象——引力紅移。根據(jù)愛因斯坦所提出的廣義相對論，我們可以得知：在引力勢強(qiáng)大的區(qū)域里，固有的時間流逝速度相對較慢。這意味著什么呢？簡單來說，就是距離天體越近，時間的流速也就變得越發(fā)緩慢。

想象一下，當(dāng)天體表面的原子向外發(fā)射光線時，由于所處位置的引力場強(qiáng)度較大，導(dǎo)致這些原子內(nèi)部的物理過程都受到了影響。于是乎，它們所發(fā)出的光的周期逐漸拉長。然而，需要注意的是，光速始終保持恒定不變。在這種情況下，光的頻率自然就會隨之減小。

隨著頻率的降低，原本應(yīng)該處于其他波段的光線開始向著光譜中的紅色一端移動。正因如此，這種現(xiàn)象被科學(xué)家們形象地稱之為“引力紅移”。

在浩瀚的宇宙當(dāng)中，分布著眾多極度致密的天體，例如白矮星、中子星等等。通過先進(jìn)的觀測技術(shù)和儀器設(shè)備，天文學(xué)家們能夠精確地測量出這些天體所發(fā)出的光的頻率。并且，將其與地球上相同類型原子所產(chǎn)生的光進(jìn)行詳細(xì)對比分析。令人驚喜的是，實(shí)際觀測到的紅移量竟然與廣義相對論所作出的預(yù)言完全相符！

這一驚人的發(fā)現(xiàn)無疑進(jìn)一步驗(yàn)證了廣義相對論的正確性，同時也讓人類對于宇宙本質(zhì)的理解向前邁進(jìn)了一大步。引力紅移的研究不僅有助于揭示宇宙深處那些未知的奧秘，更為未來探索更多關(guān)于時空結(jié)構(gòu)以及物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

在上個世紀(jì)

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年代初期的時候，物理學(xué)界發(fā)生了一件令人矚目的大事。當(dāng)時，一群杰出的物理學(xué)家們決心深入探索地球引力場中的奧秘，并將目光聚焦在了伽瑪射線身上。他們巧妙地運(yùn)用了一種被稱為“無反沖共振吸收效應(yīng)”（也就是我們熟知的穆斯堡爾效應(yīng)）來展開研究。

經(jīng)過一系列精心設(shè)計的實(shí)驗(yàn)和精確測量后，這些科學(xué)家成功地檢測到了光在垂直傳播時所產(chǎn)生的紅移現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)引起了廣泛關(guān)注，因?yàn)槠浣Y(jié)果竟然與廣義相對論所作出的預(yù)言完全相符！要知道，在此之前，對于光在引力場中的行為一直存在著各種不同的理論和猜測。

按照傳統(tǒng)的光的波動學(xué)說來看，光在引力場中本不應(yīng)出現(xiàn)任何形式的偏折。然而，如果采用一種半經(jīng)典式的“量子論加上牛頓引力論”的混合概念來分析這個問題，則會得出一個有趣的結(jié)論。首先，通過使用普朗克公式

E

=

hv

和質(zhì)能公式

E

=