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第7章 空间和时间2（第3页）

例如，地球的表面是个弯曲的二维空间。

地球上的测地线称为大圆，是两点之间最近的路。

由于测地线是两个机场之间的最短程，这正是领航员叫飞行员飞行的航线。

在广义相对论中，物体总是沿着四维时空的直线走。

尽管如此，在我们看来它在三维空间中是沿着弯曲的路径。

（这正如同看一架在非常多山的地面上空飞行的飞机。

虽然它沿着三维空间的直线飞，它在二维的地面上的影子却是沿着一条弯曲的路径。

）太阳的质量以这样的方式弯曲时空，使得在四维的时空中地球虽然沿着直线的路径，它却让我们看起来是沿着三维空间中的一个圆周轨道运动。

事实上，广义相对论和牛顿引力理论预言的行星轨道几乎完全一致。

然而，对于水星，这颗离太阳最近，受到引力效应最强，轨道被拉得相当长的行星，广义相对论预言其轨道椭圆的长轴应围绕着太阳以大约每1万年1度的速率进动。

尽管这个效应如此微小，但在1915年前即被注意到了，并被作为爱因斯坦理论的第一个验证。

近年来，其他行星和牛顿理论预言的甚至更小的轨道偏差已被雷达测量到，并且发现和广义相对论的预言相符。

光线也必须在时空中遵循测地线。

时空是弯曲的事实再次意味着，光线在空间中看起来不是沿着直线行进。

这样，广义相对论预言光线必须被引力场折弯。

譬如，理论预言，由于太阳的质量的缘故，太阳近处的点的光锥会向内稍微弯折。

这表明，从遥远恒星发出的刚好通过太阳附近的光线会被偏折很小的角度，对于地球上的观察者而言，这恒星似乎位于不同的位置。

当然，如果从恒星来的光线总是在靠太阳很近的地方穿过，则我们就无从分辨，是光线被偏折了，还是该恒星实际上就在我们看到的地方。

然而，由于地球围绕着太阳公转，不同的恒星显得从太阳后面通过，并且它们的光线受到偏折。

所以，相对于其他恒星而言，它们改变了表观的位置。

在正常情况下，要观察到这个效应非常困难，这是由于太阳的光线使得人们不可能观看天空上出现在太阳附近的恒星。

然而，在日食时就可能观察到，这时太阳的光线被月亮遮住了。

由于第一次世界大战正在进行，爱因斯坦光偏折的预言不可能在1915年立即得到验证。

直到1919年，一个英国的探险队从西非观测日食，证明光线确实像理论所预言的那样被太阳偏折。

这次英国人证明德国人的理论被欢呼为战后两国和好的伟大行动。

具有讽刺意味的是，后来人们检查这回探险所拍的照片，发现其误差和企图测量的效应同样大。

他们的测量纯属运气，或是已知他们所要得的结果的情形，这在科学上时有发生。

然而，后来的多次观测准确地证实了光偏折。

广义相对论的另一个预言是，在像地球这样的大质量的物体附近，时间显得流逝得更慢一些。

这是因为光能量和它的频率（光在每秒钟里波动的次数）有一种关系：

能量越大，则频率越高。