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引力紅移
根據狹義相對論推知，當從遠離引力場的地方觀測時，處在引力場中的輻射源發射出來的譜綫，其波長會變長一些，也就是紅移（當發生相對運動的兩個物體之間的距離相互遠離時，在它們之間傳播的電磁波的頻率會變低，這種現象稱為紅移。若是相互接近，頻率會變高，稱為紫移 。）衹有在引力場特別強的情況下，引力造成的紅移量才能被檢測出來。引力紅移現象首先在引力場很強的白矮星上檢測出來。
在愛因斯坦完成廣義相對論之前，他就已經得出引力將會影響光波頻率和波長的結論。由於引力的作用，當嚮上行進遠離地表的時候光波會損失一部分能量，從而波長變長，頻率下降。但是由於地球重力不是很強，這個效應並不明顯。直到1960年，哈佛大學的robert pound和glen rebka纔最終成功地通過測量驗證了這個關鍵的預言，並在《物理學評論快報》（physical review letters: prl）上報導了他們的結果。今天，這個所謂的引力紅移（gravitational redshift）效應對於瞭解宇宙，以及操作全球定位係統（global positioning system: gps）起着至關重要的作用。
假設一個光脈衝從高處嚮下發出。光波嚮下運行到達地面，就好像跳水運動員由於受到重力的拽引相對於地面被加速，原本靜止在地面的探測器相對於光嚮上做加速運動。相對於光脈衝而言，光源在發出光脈衝的時候是靜止的；但是當光脈衝被探測到的時候，探測器迎着光脈衝運動。由於多普勒效應（doppler effect）的影響，探測器測到的光波的頻率變大。
在相對論中，一個沒有重量，從而不被重力加速的自由落體（freefall）觀測者所處的參考係是一個“公正”的參考係（impartial reference frame）。靜止的觀察者不能夠判斷光源和探測裝置的相對運動，因為它們都處在重力場中，而這種情況可以通過加速地面和高臺來等效地模擬。這些物理學家們把這種光波頻率的改變稱為引力紅移而不是多普勒效應。
為了測量這種光波頻率的細微改變，物理學家們必須找到一個頻率能夠被非常精確地測定的電磁波輻射源。直到1959年穆斯堡爾效應（mössbauer effect）被發現，實驗的條件纔具備。這種效應是由德國海德堡（heidelberg）普朗剋研究所（max planck institute）的穆斯堡爾（rudolf mössbauer）發現的，並因此在兩年後獲得了諾貝爾奬。處於激發態的原子躍遷回基態的時候輻射出伽馬射綫（gamma ray）。穆斯堡爾發現，如果輻射伽馬射綫的原子核是包含在一塊高質量晶體內的大量原子核中的一個，那麽每一次輻射出來的伽馬射綫的能量幾乎完全相同。輻射出來的伽馬射綫可以被另外一個處於基態的同一種原子核吸收，但是這種情況衹有在輻射伽馬射綫的原子核和吸收伽馬射綫的原子核之間沒有相對運動的時候纔有可能發生。由於存在多普勒效應，任何相對運動意味着會導致光波的頻率改變，從而不能被同一種的另一個原子核吸收。
pound和rebka在哈佛大學的傑弗遜物理實驗室（jefferson physical laboratory）的塔頂，距離地面74英尺的高度，放置了這樣的一個伽馬射綫輻射源，並在地面設置了探測器。他們將輻射源上下輕輕地晃動，同時記錄探測器測得的信號的強度。通過這種辦法，他們可以確定為了補償重力造成的頻率改變所需要的相對速度差，確定了相對速度差就可以知道頻率改變了多少。
然後，他們將整個實驗裝置反過來，輻射源放置在地表，而探測器放在塔頂，並測量頻率的改變。結合上下兩個方向的實驗數據，他們可以消除由幾個不同因素造成的實驗誤差。上下兩個方向的實驗測量結果之間的差別很小，如果把光波原來的頻率分成均勻的1015份，頻率的改變僅相當於占了其中的幾份而已。但是這已經足夠了，正是這個微小的差別體現了純粹由引力造成的差別，這個實驗在百分之十的精度內驗證了愛因斯坦的理論預言。到1964年的時候，他們又改進了這個實驗，使得理論和實驗在百分之一的精度之內吻合。
來自華盛頓大學（washington university）的clifford will是這樣評論的：這是一個卓越的科學成果，不僅僅因為這個實驗是對相對論的一個經典檢驗，而在於非常具有獨創性的實驗設計。並且這個實驗還帶來了非常實用的成果：全球定位導航係統（gps navigational system），這個係統中由衛星攜帶的鐘必須經常校正由於引力紅移帶來的誤差。所以相對論的計算保證了貨輪和戰鬥機能夠按正確的路綫前進。 |
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引力紅移
由廣義相對論可推知，當從遠離引力場的地方觀測時，處在引力場中的輻射源發射出來的譜綫，其波長會變長一些，也就是紅移（當發生相對運動的兩個物體之間的距離相互遠離時，在它們之間傳播的電磁波的頻率會變低，光譜綫的這種位移稱為引力紅移。若是相互接近，頻率會變高，稱為紫移 ）衹有在引力場特別強的情況下，引力造成的紅移量才能被檢測出來。引力紅移現象首先在引力場很強的白矮星（因為白矮星表面的引力較強）上檢測出來。二十世紀六十年代，龐德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡爾效應的實驗方法，測量由地面上高度相差22.6米的兩點之間引力勢的微小差別所造成的譜綫頻率的移動，定量地驗證了引力紅移。結果表明實驗值與理論值完全符合。
在愛因斯坦完成廣義相對論之前，他就已經得出引力將會影響光波頻率和波長的結論。由於引力的作用，當嚮上行進遠離地表的時候光波會損失一部分能量，從而波長變長，頻率下降。但是由於地球重力不是很強，這個效應並不明顯。直到1960年，哈佛大學的Robert Pound和Glen Rebka纔最終成功地通過測量驗證了這個關鍵的預言，並在《物理學評論快報》（Physical Review Letters: PRL）上報導了他們的結果。今天，這個所謂的引力紅移（Gravitational Redshift）效應對於瞭解宇宙，以及操作全球定位係統（Global Positioning System: GPS）起着至關重要的作用。
假設一個光脈衝從高處嚮下發出。光波嚮下運行到達地面，就好像跳水運動員由於受到重力的拽引相對於地面被加速，原本靜止在地面的探測器相對於光嚮上做加速運動。相對於光脈衝而言，光源在發出光脈衝的時候是靜止的；但是當光脈衝被探測到的時候，探測器迎着光脈衝運動。由於多普勒效應（Doppler Effect）的影響，探測器測到的光波的頻率變大。
在相對論中，一個沒有重量，從而不被重力加速的自由落體（Freefall）觀測者所處的參考係是一個“公正”的參考係（Impartial Reference Frame）。靜止的觀察者不能夠判斷光源和探測裝置的相對運動，因為它們都處在重力場中，而這種情況可以通過加速地面和高臺來等效地模擬。這些物理學家們把這種光波頻率的改變稱為引力紅移而不是多普勒效應。
為了測量這種光波頻率的細微改變，物理學家們必須找到一個頻率能夠被非常精確地測定的電磁波輻射源。直到1959年穆斯堡爾效應（Mössbauer Effect）被發現，實驗的條件纔具備。這種效應是由德國海德堡（Heidelberg）普朗剋研究所（Max Planck Institute）的穆斯堡爾（Rudolf Mössbauer）發現的，並因此在兩年後獲得了諾貝爾奬。處於激發態的原子躍遷回基態的時候輻射出伽馬射綫（Gamma Ray）。穆斯堡爾發現，如果輻射伽馬射綫的原子核是包含在一塊高質量晶體內的大量原子核中的一個，那麽每一次輻射出來的伽馬射綫的能量幾乎完全相同。輻射出來的伽馬射綫可以被另外一個處於基態的同一種原子核吸收，但是這種情況衹有在輻射伽馬射綫的原子核和吸收伽馬射綫的原子核之間沒有相對運動的時候纔有可能發生。由於存在多普勒效應，任何相對運動意味着會導致光波的頻率改變，從而不能被同一種的另一個原子核吸收。
Pound和Rebka在哈佛大學的傑弗遜物理實驗室（Jefferson Physical Laboratory）的塔頂，距離地面74英尺的高度，放置了這樣的一個伽馬射綫輻射源，並在地面設置了探測器。他們將輻射源上下輕輕地晃動，同時記錄探測器測得的信號的強度。通過這種辦法，他們可以確定為了補償重力造成的頻率改變所需要的相對速度差，確定了相對速度差就可以知道頻率改變了多少。
然後，他們將整個實驗裝置反過來，輻射源放置在地表，而探測器放在塔頂，並測量頻率的改變。結合上下兩個方向的實驗數據，他們可以消除由幾個不同因素造成的實驗誤差。上下兩個方向的實驗測量結果之間的差別很小，如果把光波原來的頻率分成均勻的1015份，頻率的改變僅相當於占了其中的幾份而已。但是這已經足夠了，正是這個微小的差別體現了純粹由引力造成的差別，這個實驗在百分之十的精度內驗證了愛因斯坦的理論預言。到1964年的時候，他們又改進了這個實驗，使得理論和實驗在百分之一的精度之內吻合。
來自華盛頓大學（Washington University）的Clifford Will是這樣評論的：這是一個卓越的科學成果，不僅僅因為這個實驗是對相對論的一個經典檢驗，而在於非常具有獨創性的實驗設計。並且這個實驗還帶來了非常實用的成果：全球定位導航係統（GPS Navigational System），這個係統中由衛星攜帶的鐘必須經常校正由於引力紅移帶來的誤差。所以相對論的計算保證了貨輪和戰鬥機能夠按正確的路綫前進。 |
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yinli hongyi
引力紅移
gravitational redshift
由廣義相對論可推知，處在引力場中的輻射源發射出來的光,當從遠離引力場的地方觀測時,譜綫會嚮長波方向（即嚮光譜紅端）移動，移動量與源及觀測者兩處引力勢差的大小成正比。光譜綫的這種位移稱為引力紅移。這種效應最初是在天體中，特別是在白矮星中（因為白矮星表面的引力較強）得到證實的。二十世紀六十年代，龐德、雷布卡和斯奈德采用穆斯堡爾效應的實驗方法，測量由地面上高度相差22.6米的兩點之間引力勢的微小差別所造成的譜綫頻率的移動，定量地驗證了引力紅移。結果表明實驗值與理論值完全符合。
（程福臻）
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