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台上的一切物体都被甩向外围的情形有点相似。如果我们注意到
下落的物体所得到的加速度只与其位置有关而与其质量无关时，
这种相似性便更明显了。从下面要介绍的事例，我们甚至可以更
加清楚地看到引力与加速运动之间的这种对应关系。
假设有一艘专门进行星际航行的宇宙飞船，它自由自在地在
空间中某个地方漂浮着，不管离哪一颗恒星都非常远，因而在飞
船中不存在任何引力。结果，在这样一艘飞船里的一切物体，包
括乘坐它旅行的实验者在内，就都没有任何重力，他们会像凡尔
纳著名的幻想小说中的阿尔丹及其旅伴在飞往月球的旅途中那样，
自由自在地在空气中漂浮着。
现在，发动机开动了，我们的飞船开始运动，并且逐渐增大
速度。这时在飞船内部会发生什么情况呢？很容易看出，只要飞
船处在加速状态，飞船内部的一切物体就会显示出朝着飞船底部
运动的倾向，或者是说，飞船底部将朝着这些物体运动——这两
种说法是一码事。举个例子吧，要是我们的实验者手中拿着一个
苹果，然后撒手把它放开，那么，这个苹果必将以固定不变的速
度——即飞船在放开苹果那一瞬间的运动速度——相对于周围的
恒星继续运动。但是，飞船本身却在加大速度，结果，船舱的底
部由于在整个时间里运动得越来越快，它最后必将赶上那个苹果，
并且撞上它。从这个瞬时起，这个苹果就会永远同底部保持接触
状态，并且靠稳定的加速度而压在底部上。
但是，在飞船内部的实验者看来，这种情况却好像是那个苹
果在以固定的加速度“下落”，并且在击中底板以后，继续靠它
自身的重力压在底板上。如果他再让别的物体掉下，他就会进一
步发现，所有这些物体全都以完全相同的加速度落下（如果忽略
掉空气的摩擦力的话），于是他就会想起，这恰好就是伽利略所
发现的自由落体定理。事实上，他根本不能够发现在加速船舱中
的现象与一般重力现象之间有一点点最细微的差别。他完全可以
使用带钟摆的时钟，可以把书放在书架上而不必担心它们飞掉，
还可以把爱因斯坦的照片挂在钉子上。大家知道，正是爱因斯坦
最先指出，参考系的加速度是与重力场等效的，他还在这个基础
上提出了所谓广义相对论。
但是，正像转动舞台那个例子一样，在这里，我们也会发现
一些伽利略和牛顿在研究重力时所不知道的现象。这时，穿过船
舱的光线将发生弯曲，并且随着飞船加速度的不同，而投射在对
面墙上屏幕的不同地方。当然，在船舱外的观察者看来，这可以
解释成光的匀速直线运动同飞船船舱的加速运动相叠加的结果。
在船舱内的几何图形也必定是不正常的，由三条光线构成的三角
形，它的三个角的总和并不等于两个直角，而一个圆的圆周与其
直径之比则将大于通常的π值。在这里，我们所考虑的是加速系
统的两个最简单的例子，但是，上面所说的等效性，对于任何一
个指定的刚性的（或不可变形的）参考系的运动也同样成立。
现在我们就要接触到最重要的问题了。我们刚才已经看到，
在一个加速的参考系中，可以观察到许多在一般万有引力场中未
曾观察到的现象。那么，像光线弯曲或钟表走慢这样的新现象，
在由可测质量所产生的引力场中，是不是同样存在呢？
要量度光线在引力场中的曲率，利用前面提到的宇宙飞船那
个例子比较方便。如果ｌ是船舱的跨距，那么，光线走过这段距
离所需的时间就是
（５）
在这段时间内，以加速度g运动的飞船所飞过的距离为L，从
初等力学的公式，我们知道
（６）
因此，表示光线方向改变的角度具有如下的数量级
（７）
光在引力场中走过的距离越大，Φ的值也越大。当然，现在
应该把宇宙飞船的加速度解释成重力加速度。如果我现在让一束
光线穿过这个演讲厅，我可以粗略地取 L＝10米。地面上的重力
加速度g=9。81米／秒2，c=3×1O8米／秒，所以
（８）
这样，你们可以看出，在这种条件下，光线的曲率是肯定无
法观察到的。但是，在太阳表面附近，g＝270米／秒2，并且光
线在太阳的引力场中走过的路程是非常长的。有一些精确的计算
表明，一束光线从太阳表面附近经过时的偏转值应该等于 1．75
弧秒。天文学家在日全蚀时观察到的。太阳旁边的恒星视位置的
位移值就正好是这样大。现在由于天文学家利用了从类星体发出
的强射电辐射，就不必再等到日全蚀时再进行测量了。从类星体
发出并从太阳旁边穿过来的射电波，就是在大白天也可以毫无困
难地探测到。正是这些测量使我们能够最精确地测出光线的弯曲。
因此，我们可以作出结论说，我们在加速系统中发现的光线
弯曲，实际上是和它在引力场中的弯曲相同的。那么，观察者Ｂ
在旋转舞台上发现的另一个奇怪的现象——放在舞台外围的钟表
走得比较慢，会不会也是这样呢？在地球重力场中，放在地面上
空某个地方的钟表，会不会有类似的表现？换句话说，加速度所
产生的效果与重力所产生的效果是否不仅非常相似，而且完全等
同呢？
这个问题只能靠直接的实验来解答。事实上，这样的实验已
经证明，时间是可以受到普通重力场的影响的。通过加速运动与
引力场的等效关系所预料的效应是非常小的，这正是直到科学家
们开始专门探索它们以后才能发现它们的原因。
用旋转舞台这个例子，很容易确定钟表速率变慢的数量级。
从初等力学得知，作用在离中心的距离为r。质量为1的粒子上的
离心力，可由下面公式算出：
（９）
式中ω是转动舞台的固定的角速度。因此，这个力在粒子从中心
运动到边缘时所作的总功是
（１０）
式中R是舞台的半径。
按照上面所说的等效原理，我们应该把Ｆ看做是舞台上的引
力，而把Ｗ看做是舞台中心与边缘之间的引力势之差。
我们应该记得，正像我在上一次演讲中所谈到的那样，以速
度 v运动的时钟要比不运动的时钟走得慢一些，两者相差一个因
子
如果v同c比起来非常小，我们可以把第二项以后的各项都略去不
计。按照角速度的定义，v=Rω，这样，“减慢因子”就变成
（１１）
这是用两个地点的万有引力势差来表示的时钟速率的改变。
如果我们把一个时钟放在艾菲尔铁塔（300米高）的底部，再
把另一个时钟放在塔顶，由于它们之间的势差非常之小，所以，
放在底部的那个时钟走慢的因子只有
0。999 999 999 999 97
但是，地球表面上和太阳表面上的重力势差却大得多了，由
此产生的减慢因子等于0。999 999 5， 这是用很精密的测量所能
探测到的。当然，从来没有人想把普通时钟搬到太阳表面上去，
看看它走得怎么样。物理学家们有一些更妙的办法，利用分光计，
我们可以观察太阳表面上各种原子的振动周期，并把它们与同一
种元素的原子在实验室本生灯火焰中的振动周期相比较。在太阳
表面上，原子的振动应该比地面上慢一些，两者相差一个由公式
（11）所给出的减慢因子，因此，它们所发出的光应该比地面光
源的光稍红一些，也就是说，它们发出的光的频率会向光谱的红
端移动。这种“红移”确实已经在太阳的光谱中观察到了，对于
其他一些能够精确测定其光谱的恒星，也同样观察到这种效应，
并且观察到的结果同我们的理论公式所给出的值相符。
现在，我们可以再回头讨论空间曲率的问题了。你们大概还
记得，我们曾经利用直线的最合理的定义得出结论说，在非匀速
运动的参考系中所得到的几何图形是与欧几里得几何学不同的，
因此，应该认为这样的空间是弯曲空间。既然任何一个重力场都
同参考系的某种加速度等效，这也就意味着，任何一个有重力场
存在的空间都是弯曲空间。我们还可以进一步说，重力场只不过
是空间曲率的一种物理表现。因此，每一点上的空间曲率都应该
由质量分布所决定，并且在重的物体（或天体）近旁，空间曲率
应该达到其极大值。由于描述弯曲空间的性质及其与质量分布的
关系的数学公式相当复杂，我无法在这里进行介绍。我只想提一
提�