广义相对论的实验检验

广义相对论经历了一个世纪以来日益精确的检验，从星光偏折和水星近日点进动，到引力红移、信号时间延迟、参考系拖曳和引力波。

Definition

广义相对论的实验检验是通过观测和测量，将该理论的预测与替代理论进行比较。在弱场中，通过参数化后牛顿参数进行量化；在强场中，通过脉冲星计时和引力波观测进行量化。

Scope

本主题涵盖了三个经典检验（水星近日点进动、光线偏折、引力红移）、夏皮罗时间延迟、由引力探测器B和月球激光测距测量的参考系拖曳和测地线进动、双脉冲星计时，以及用于比较引力理论与数据的参数化后牛顿框架。

Core questions

• 确立广义相对论的最初经典检验是什么？
• 理论与实验之间的一致性是如何量化的？
• 哪些强场区域提供了最严格的现代检验？

Key concepts

• 近日点进动
• 光线偏折
• 引力红移
• 夏皮罗时间延迟
• 参考系拖曳
• 参数化后牛顿参数

Key theories

经典检验

广义相对论正确预测了水星异常的近日点进动、1919年日食中证实的掠日星光偏折，以及光线从引力势阱中逸出时的引力红移。

参数化后牛顿框架

一组无量纲参数表征了任何度规引力理论的弱场、慢运动极限，从而使太阳系测量能够高精度地限制与广义相对论的偏差。

Clinical relevance

已证实的相对论效应不仅仅是学术性的：引力红移和时间膨胀必须在GPS和其他卫星导航系统中进行校正；参考系拖曳和光线偏折为精密天体测量和强引力天体物理源的解释提供了信息。

History

爱因斯坦1915年对水星近日点的解释是首次成功；爱丁顿1919年的日食远征证实了光线偏折，使爱因斯坦声名鹊起；庞德-雷布卡实验于1959年测量了红移，夏皮罗于1964年提出了时间延迟，双脉冲星和引力探测器B的结果将检验扩展到20世纪末和21世纪初。

Key figures

• Albert Einstein
• Arthur Eddington
• Irwin Shapiro
• Clifford Will

Seminal works

• dyson1920
• will2014

Frequently asked questions

1919年的日食远征为何如此重要？

测量太阳附近星光的偏折需要遮挡太阳的眩光，而日食提供了这种条件；结果与爱因斯坦预测的牛顿值的两倍相符，首次戏剧性地证实了广义相对论，并使爱因斯坦享誉全球。

广义相对论是否曾未能通过检验？

目前没有任何检验显示出已证实的偏差；该理论与所有太阳系、双脉冲星和引力波测量结果在当前精度下都保持一致，尽管由于将引力与量子力学统一可能最终需要修正，因此仍在继续进行探索。