当然我们现在知道水星进动问题是因为水星偏心率很高,近日点距离太阳很近时在太阳巨大质量导致弯曲时空中运行,它所经过的真正距离与远日点是有差异的。
广义相对论
如果用一句话来概括广义相对论的话,那么用“引力是时空的几何”是最合适的,在这里有一个很关键的名词是时空,广义相对论中认为时空是一个不可分割的整体,空间的几何变化同时会产生时间的变化。广义相对论将宇宙时空这个不可分割的结构看成是一个弯曲的黎曼流形,可以用数学中的黎曼度量来定义这个空间的弯曲。广义相对论认为这个量就是天体引力交互的作用势。
上图是爱因斯坦的引力场方程,当然早期还有一个宇宙常数。这个方程在计算球对称天体引力场的引力与牛顿万有引力公式是相同的,这表示广义相对论可以完美包容牛顿的万有引力,并且还补上牛顿万有引力传递介质“以太”的超级大坑。另外顺带将掉在水星进动迷雾中的一大波天文学家拉了出来。
“宇宙时空的弯曲 =引力场”
美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒对广义相对论的理解可谓是一针见血:“质量告诉时空怎么弯曲。时空告诉质量怎么运动”,不理解广义相对论这完全没有问题,但一定要记得这句话,因为装B的时候到了。
当然爱因斯坦的引力场方程验证理论并不只有水星进动,还有1919年英国天文学家爱丁顿带队验证广义相对论预言的日食光线弯曲,以及后期的观测到引力透镜现象(爱因斯坦环,爱因斯坦十字架),这都在实际观测中验证了爱因斯坦的理论模型。
哈勃太空望远镜观测到的爱因斯坦环,犹如一层“日晕”的效果就是引力透镜效应。