還不相信廣義相對論？早就有物理實驗證明其正確性！

在1905年的學術園地，愛因斯坦如智者般開啓了狹義相對論的大門。他通過歸納法的智慧，將光速不變的現象昇華爲光速不變原理，從而認爲宇宙間的每個角落都洋溢着同等的物理智慧。爲了達成這一目標，愛因斯坦重新解讀了長度、時間和質量的概念，使得這些原本穩固的量隨着物體運動速度的加快而變得活躍起來。

然而，狹義相對論終究只是物理宇宙的冰山一角。現實中，物體不僅具備速度，更有加速度；不僅存在於空間之中，空間亦因物質的存在而有了起伏變化。

於是，愛因斯坦再次藉助歸納法的力量，將引力質量與慣性質量的表觀等價性提升爲等效原理，將兩者的定義合二爲一。由此，作爲物質實體的存在與作爲宇宙舞臺的空間建立了深層的聯繫。空間能左右光子等一切物質的行蹤，物質也能使空間呈現出幾何之美。這種轉變，讓我們的世界觀從機械的框架中躍出，步入了幾何的殿堂。

本質上，這開啓了我們認知的格式塔轉換。這種轉換，需要通過實驗的驗證與推動才能向前邁進。廣義相對論早期的驗證實驗有三個，它們是水星進動、光線彎曲以及引力紅移，這三者對廣義相對論的確立起到了決定性作用，因而被譽爲廣義相對論的三大經典實驗。

以水星進動作爲例，它是距離太陽最近的行星，並且擁有較大的偏心率，即它的軌道最短距離與最長距離的比值較小。自19世紀初，科學家就發現，水星在繞太陽一圈後，其最長距離與太陽的連線會呈現出一個微小的進動。在物理上，我們稱之爲進動。通過對歷史觀測數據的分析，我們得知水星每世紀的進動約爲5600秒。根據經典力學的計算，我們排除了其他天體對水星的進動作用，卻意外地發現了一個無法解釋的43秒進動。這便是著名的水星剩餘進動。

當時，經典力學如日中天，衆多科學家渴望以此爲契機，實現科學的又一次飛躍。在隨後的幾十年裡，科學家們提出了上百種物理假設來解釋這43秒的進動，例如存在小行星和太陽的扁率等。然而，這些假設要麼無法獨立解釋水星的43秒進動，要麼會進一步要求金星、地球等行星也產生顯著的進動，這與實際的觀測並不相符。於是，對水星剩餘進動的探索陷入了僵局。

而廣義相對論作爲一種新的物理理論，它自然被期望能解決水星剩餘進動的難題。最初，由於計算錯誤，愛因斯坦在廣義相對論中的結果僅得出了43秒的1/3進動。然而，經過不斷的探索與努力，愛因斯坦在1916年終於計算出了完整的43秒水星進動。因此，水星剩餘進動實驗被視爲廣義相對論得到驗證的第一個實驗。

不過，故事並非就此結束。有科學家提出，既然引起水星進動的因素多種多樣，那麼水星剩餘進動的43秒是否是由多種因素共同作用產生的呢？例如，美國物理學家迪克在上個世紀60年代提出了新的理論，能夠解釋40秒的水星進動。如果太陽的扁率能每世紀產生3秒的進動，迪克的理論便是正確的。然而，此時廣義相對論的地位已經不可動搖，科學家們遵循着奧卡姆剃刀原則，傾向於用單一理論來解釋現象。

光線彎曲是愛因斯坦首個預言的實驗，也是廣義相對論獲得認可的關鍵實驗。實驗原理是利用日蝕時拍攝太陽一側的照片，記錄下太陽背景中的星光。半年後，當地球轉到太陽前，在無太陽的情況下，再次拍攝相同區域的照片，通過對比兩張照片，記錄星光的位移。如果光線確實經過太陽彎曲，那麼每個星光都會有一個向中心的位移。

實際上，這個實驗極具挑戰性，不僅需要藉助日蝕拍攝，而且爲了避免日冕的影響，只能選擇距離太陽較遠的星光（10個太陽直徑以外），但又不能太遠（20個太陽直徑以內），否則光線彎曲效應太小，易被其他因素掩蓋。

因此，實驗結果並非直接數值，而是需要統計的數據。對於這些數據，有兩種統計方法：絕對法直接對比兩張照片的差異，相對法則假設照片邊緣的星光無位移，並將其調整爲零，再根據這一尺度調整其他星光的位移。之所以使用相對法，是因爲乳膠照片在乾燥過程中會收縮，產生星光位移，需要排除這一因素。

不幸的是，兩種統計結果差異巨大，至少相差10%。然而，幸運的是，主持該實驗的人是廣義相對論的堅定支持者愛丁頓。經過統計和修正，實驗結果基本符合愛因斯坦的預言；廣義相對論因此被視爲得到了驗證。光線彎曲與人們原本的直線運動觀念形成強烈對比，讓愛因斯坦一夜成名。

實際上，面對同一實驗，可以有多種理論進行解釋。光線彎曲的真正意義不在於具體數值，而在於觀念上承認光的粒子性，光也有質量。在廣義相對論提出之前，人們並未意識到光線可以被物質吸引而彎曲。實際上，只要將光視爲有質量的粒子，牛頓的萬有引力也可計算出光線彎曲效應。

只是，當時的計算僅考慮了引力的橫向效應，所以只有廣義相對論預言的一半，使光線彎曲實驗有了判別作用。然而，如果考慮到引力的縱向效應，將引力場視爲密度較小的介質空間，則越接近引力場，光的等效速度越大；反之，離開引力場，光的等效速度越小。這會產生類似折射效應（引力透鏡效應），使得萬有引力的計算結果與廣義相對論完全一致，均爲1.75秒的彎曲度。

引力紅移是廣義相對論的第三個經典實驗，也是最不順利的實驗，因其效應實在太小，僅有百萬分之一。其原理是，每個原子的光譜都相同，我們可以通過光譜判斷太陽上的元素。由於引力場的作用，光子離開太陽時需克服太陽引力，部分能量轉移給空間，導致光子頻率降低，即引力紅移。

這一實驗最初針對太陽，結果不利於廣義相對論。後來進行了多次觀測，效果始終不理想。最終，將實驗移至質量更大的白矮星上。雖然質量增加增大了紅移量，但新的問題出現：距離遙遠導致其他物理參數不確定。這一實驗一直持續到上世紀60年代，在愛因斯坦逝世、廣義相對論獲得廣泛認可後，才最終驗證了廣義相對論。

通過上述分析，我們看到實驗驗證受到限制，並不絕對。首先，超出宏觀範圍，未知因素限制了實驗；在排除所有未知因素前，實驗無法絕對驗證理論。其次，其他理論限制了實驗的效力，同一實驗可由多種理論解釋。所以，實驗只能幫助選擇理論，無法證明理論正確。

因此，實驗與理論相輔相成。如果兩者互相促進，理論處於進步狀態；反之，理論處於退步狀態，需要新理論取代。