坐一部自由落下的電梯,因為他們都是以同一速率落下,那麼電梯內所有物體最後都會沿直線勻速運動,如重力已經消失一樣。相反的,在一個沒有任何重力的空間裡,一個加速運動的電梯內,物體會以相同的加速度落下(因為它們的慣性),就像處在重力領域中一樣。
愛因斯坦的觀點是,在無重力領域中,這種消失的重力的情況不僅僅適用於機械運動,還適用於所有的物理規律,如電磁理論。因此,在任何自由落體座標系中,物理規律(至少是本地的)應該採納狹義相對論的理論。這被稱為愛因斯坦等效原理(EEP)。
EEP的其中一個理論就是重力紅位移,在一個頻率上的位移,f代表光線,這條光線在重力領域中穿過高度h,給出了一個公式(Δ f)/f=gh/c^2,g代表了重力加速度,c代表光的速率。(如果光線頻率下降,它就是藍移位。)EEP第二個推測就是空間時間是可以被彎曲的。即使這是一個高科技的事件,物理學家設想一個兩個座標系自由落體的例子,但是在地球相反的一面進行。根據愛因斯坦等價原理,閔可夫斯基時空原理在本地的每個座標系中都是有效的。然而,因為座標系在朝各自靠近時是加速運動的,兩個閔可夫斯基時空在它們遇到並且契合成一個時,不能進行延展。在重力演示中,時空在區域性是一個平面,但是在球體上是彎曲的。
任何包含了愛因斯坦等價原理的重力理論都被稱為“量度”理論(來自於幾何學,重力的彎曲時空觀點)。因為等價原理是這個觀點的關鍵基礎,它需要被精確的測試。伊洛特洛斯試驗的版本於1964年在普林斯頓以及1971年在莫斯科進行演示,這個實驗把EEP精確到了10^(…12)。重力紅位移測量用於:1965年在哈佛大學,一條伽馬線穿過了一座塔;1965年太陽表面放射的光線1976年用於飛機和火箭的自動鬧鐘,這些都證實了EEP的推測要精準得多。
廣義相對論
等價原理和它的試驗都證明了,時空的扭曲是被一種事物牽連,但是它們還不能說明時空曲率問題到底產生了多少能量。為了確定這個曲率,我們需要一個具體的重力公測原理,如廣義相對論。廣義相對論提供了一個方程組,從一個所給的物質分佈上得到時空曲率的預算。愛因斯坦的目的是找到一個最簡單的場方程來建立一系列的時空曲率和把物質分佈作為一種資源的理論。這個結論是一組10個方程式。而這不是唯一一個公測原理。在1960年,除了曲率的場論方程和額外的引力場,引力場用曲率產生的方法來調解和論證的方程式,C。H布蘭斯(C。H。Brans)和羅伯特?迪克(Robert Dicke)還發展和發表了測量理論。1960年到1976年之間,這個理論變成了廣義相對論的主要對手。1916後,許多其他的測量理論出現。
至此,最重要的是廣義相對論是否真的是正確的重力理論。過去科學家經常說愛因斯坦發現了3個經典理論:重力紅位移、光偏轉和水星近日點的轉變。然而,紅位移是一個基於方程式的測試,而不是廣義相對論本身。直到愛因斯坦時代,還有兩個新的重要測試被發現:一是夏皮羅二世(I。I。Shapiro)於1964年發現的時間延遲和1968年諾特維特發現的諾特維特效應。
1919年的日食探險確立了光偏正原理,這是廣義相對論的重要時刻,也奠定了愛因斯坦的理論框架。根據這個理論,如果光線擦過太陽表面,那麼將會已1。75″的電弧方向穿透扭曲的時空。不幸的是光學星光的撓度測量起來非常困難(一部分是因為日食,遮住了太陽的光),而且1919年到1973年的重複測量得出的是不準確的結果。這個理論被無線電波的撓度取代,這個電波來自於遙遠的類星體並用於在白天大量採用的干擾程式。1969年到1975年,12種最終測量協議產生,其中的百分之一是對廣義相對論的撓度的預測。
時滯效應是一種很小的返回延遲,它是光訊號穿過靠近太陽的扭曲時空傳到太陽遠側面的星球或者太空船,再返回地球的一種光訊號傳送方式。對於一束光,太陽表面摩擦的延遲達到1秒的200/1000000。1964年起,雷達測距系統程式測量水星和金星到水手飛船6號、7號和9號的延遲,與維京火星探測器相比,已經能夠證實這個預測精準0。5%。
諾特維特效應是一個沒有在廣泛相對論中出現,但是能預測很多重力現象的替代度量理論,包括布蘭斯…迪克理論(Brans…Dicke th