和广义相对论相比，人们对牛顿理论产生的三大误解

Lv.6十幺米空洞

广义相对论成功解释了水星近日点进动、光线偏折、引力红移，这让很多人对牛顿理论产生了三大误解，他们认为牛顿理论并不能解释上述三个现象，但事实却恰恰相反。

水星近日点进动

事实上，行星的轨道并不是封闭的。由于水星离太阳较近，它近日点的进动会更明显。每一百年，水星近日点进动的测量值为5600.73”。这个数值并不是全部由太阳的广义相对论效应引起的，物理学家根据行星的岁差和其它行星的引力摄动，利用牛顿理论预测了5557.62”的进动值，还余下了大约43”无法得到解释。

如果物理学家没有对此深究，那么该问题就到此为止了。因为每一百年才43”的差值可以看成是小于1%的误差，这在理论上是可以接受的。所以，牛顿理论是可以解释水星近日点进动的。但是，问题在于，这小差值对应的直线距离太大了，物理学家无法忽略，这也就是广义相对论大显身手的地方。

我在前面的文章（广义相对论中的行星轨道方程）也计算了牛顿理论和广义相对论所对应的行星轨道方程。我们可以看到，广义相对论的结果比牛顿理论的结果多了一个附加项，而这一项刚好可以解释43”的差值。除此之外，前面的项还要依靠牛顿理论计算更加方便。

光线偏折

广义相对论认为，太阳的存在使时空发生了弯曲，零测地线不再是直线，从而无穷远处的观察者会觉得光的运动发生了偏折，不再是直线。1919年，爱丁顿利用日全食的机会进行了光线偏折实验，得到了1.89”的结果，支持了爱因斯坦的广义相对论。

那么，牛顿理论是如何预测光线偏折的呢？牛顿理论认为，太阳附近的时空仍然是平直的，并且光是一种粒子，也会受到引力的作用。当光子从太阳附近经过时，太阳对它的引力充当向心力，使它的运动方向发生了改变，从而我们看到了光的偏折。

虽然牛顿理论可以这么解释光线偏折，但是它计算出来的结果却比实际测量值少了一半。如果大家感兴趣，我也可以出一篇广义相对论和牛顿理论关于光线偏折的计算。

引力红移

广义相对论认为，引力红移的产生是因为时空几何，时空曲率大的地方钟走得更慢，造成了光的红移。而牛顿理论认为，光是一种粒子，在引力场中向上运动，它的动能就会向势能转换，而动能的减少会造成红移。

从二者的计算结果来看，它们在GM/c²R的一级近似之下是一致的，只有在二级近似之下才会表现出差异。不过，当时的天文观测水平只能测得到一级近似，因此不能分辨哪种理论更正确。不过，在用牛顿理论计算时，使用了“引力质量和惯性质量相等”的假设，也从侧面支持了广义相对论的基本假设——等效原理。

微信公众号:万象经验

原创:Eugene

相关推荐