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引力红移问题

1907年爱因斯坦在《关于相对论原理和由此得出的结论》一文中，作出了关于引力对时钟的影响及引力红移的预言.他根据引力场与惯性力场等效的思想得出，一个处于引力场中的时钟，当所在点引力势为Ф时，它所指示的当地时间读数将是与它调准的不处在引力场中的同样读数的（1+Ф/c²）倍.“在这个意义上，我们可以说，在过程发生地点的引力势愈大，在时钟中发生的过程——一般说来是任何物理过程——也就进行得愈快.”同样的结论在1911年4月所发表的《引力对光传播的影响》一文中也给出了.在这篇论文中，爱因斯坦从等效原理出发，得出了光从无引力场的真空中的频率ν₀到引力势为Φ中的频率ν的变化与引力势间的关系是ν=ν₀(1+Φ/c²)，这与引力场中时钟读数的变化一致；同时结合波传播的惠更斯原理，得出光在经过引力场时传播方向发生朝向天体偏折的结论，偏折角为以后实际测量结果和广义相对论计算结果的一半.在这篇论文中，爱因斯坦根据等效原理还论证了静态引力场的光速不是常数，处于引力场为Φ的场中光速为c与真空中光速c₀的关系是c=c₀(1+Φ/c²).半年后，亚伯拉罕首次把这个结论推广到非静态场中，他尝试后发现把非恒定光速的思想推广到狭义相对论是不可能的.亚伯拉罕对此评论说：“c的可变性意味着洛伦兹群只能在无限小区域中成立.”这一论断后来被爱因斯坦马上发现^【1】.

著名的Pound-Rebka实验-----重力红移现象的发现已经证明了光速在地球垂直的方向上是在发生变化的.由于采用穆斯堡尔效应，科学家在实验室中验证了引力红移.庞德（Ｒ．V．Pound）与瑞布卡（G．A．Rebka）哈佛塔的著名实验证明了引力场可以使光子产生蓝移.从而间接地证明了爱因斯坦广义相对论的引力红移的存在.这个实验运用光子在地面重力场中的能量守恒关系得出方程．其中是光子在塔顶的频率，是光子经过重力场后到达塔底的频率，为塔高，为重力加速度.从上式可以看出光子频率的变化与它在引力场中运动的距离有关.在这个实验中，假设我们在塔顶与地面之间设定几个不同的测量点，根据上式，光子在这些不同的点上应当有不同的频率.1960年哈佛大学的物理学家以千分之一的精度测出了沿垂向下落23米的伽玛射线的频率移动(伽玛射线是一种高能电磁辐射).从1976年起．超稳定即精确度为一千万亿分之—的钟被放到了高空飞机上，那里的引力比地面上减弱的程度应当可以测量出来.这种飞行的电磁钟与在地面实验室里同样的钟作了比较.二者的速率确有差别，而且与广义相对论预言的结果完全一致.

如果一个巨大的物体正好位于地球与恒星之间，那么来自恒星的光线就会受到时空弯曲的影响，它的传播路径就会被扭曲而偏离一定的角度.这种效应还会形成一种有趣的引力透镜现象，它使远处的恒星变得更亮，有时还会形成双像.广义相对论频移的物理机制，爱因斯坦做出的解释是：“一个原子吸收或发出的光的频率与该原子所处在的引力场的势有关”；而霍金的解释是“当光从地球引力场往上走，它失去能量，因而其频率下降”.

在球对称引力场中距原点R处的光源发射周期为T0的光波，则无穷远处接受到的周期：

相应的频率

笔者认为——广义相对论频移的本质是时空平权的反映，因为时空弯曲相当于距离的增加，等价于时间的延缓.