天才一秒记住【爱看小说】地址：https://www.akxss.com
为什么引力红移会告诉我们质量是否与位置有关呢？首先，想想我们怎样在引力场中测得物体的质量：用一个绞车把物体升起来，然后测量绞车做了多少功。
由于能量和质量直接相关，所以把一个物体从一个高度升到另一个高度所需的能量可以直接告诉我们物体在这两个高度之间的质量。
不幸的是，我们很难准确地测出绞车使用了多少能量，因为它实在是太低效了（绞车上升浪费的能量大部分用于噪声、摩擦以及拉伸绳子）。
这时候，引力红移就派上了用处：光的频率可以很精确地测量出来，而且光子在爬出引力场时损失的能量和举起一个相同质量的物体（能量通过计算出来）所需的能量相等。
我们只要测量光的红移，就可以得到与绞车实验完全相同的信息。
20世纪60年代，科学家罗伯特·庞德（RobertPound）和格伦·雷布卡（GlenRebka）最先测量了光的引力红移。
他们测量了光从下往上穿过哈佛大学杰斐逊物理实验室的高塔时的红移。
观测发现，光的颜色确实在向上传播的时候发生了改变，其能量改变大小完全支持质量与位置无关这一结论。
唯一可能的偏差必须小于实验本身的精确度——大约在1%。
另外一个与此相似的实验测量了太阳光的红移，并且同样以1%的误差水平证实了上述结论。
最近人们开始使用原子钟来研究红移效应。
这些实验背后的逻辑在于光束自身在某些意义上就像时钟。
光的颜色取决于光子的波长，波长则和它们振动的频率相关。
如果我们把每一次振动当成一个时间单位，我们就可以把光子看成时钟。
这样，就可以将光的红移与时钟的走时率（即时钟每次“嘀嗒”
声之间的时间间隔）相类比，时钟不同位置的走时率不一样，光在不同位置的红移效应也不同。
实际上，我们甚至不需要在实验中去测量光的频率，因为其中以某一光子频率作基准的钟如果走慢了，那么其他以这一光子频率为基准的所有的钟都会走慢。
我们需要做的仅仅是把两个钟放在不同的高度，并使它们每一次“嘀嗒”
的瞬间都能通过无线电信号告诉我们。
于是，两个钟的无线电信号的频率差就等价于光在两个高度之间的引力红移。
因此，我们可以利用两个无比精确的原子钟，把其中一个放在火箭上，另一个放在我们身边。
我们可以对比火箭上的钟传来的无线电信号和我们身边的钟显示的时间。
一般情况下它们是不同的，这个效应被称为引力时间延迟（gravitatioion）。
1976年罗伯特·韦索特（RobertVessot）及马丁·莱温（MartinLevine）首次通过实验直接观测到这一时间延迟，并以误差小于110000的精确度（比哈佛实验精确了100倍）证实了质量与位置无关。
这一实验是该结论最强有力的证据之一。
除了位置外，实验还能证明无论是光速还是质量，都和运动方向无关。
这些实验有很重要的历史地位。
在爱因斯坦发表他的引力理论之前，人们相信空间中充斥着一种叫做以太（ether）的物质。
以太被认为是光传递的媒介。
20世纪以前，这个概念在物理学家之间很流行。
如果以太存在，那么相对以太以不同方式运动的观察者测量到的光速就会不同。
根据爱因斯坦的理论，所有观察者测得的光速都应该是相等的，这和以太说矛盾，因此，以太存在与否成了检验爱因斯坦理论是否正确的关键。
与此相关的实验中，最著名的当属1887年的迈克尔逊-莫雷实验。
本章未完，请点击下一章继续阅读！若浏览器显示没有新章节了，请尝试点击右上角↗️或右下角↘️的菜单，退出阅读模式即可，谢谢！