“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
引力紅移現象對大多數人來說有點違反直覺：一個光子(或光波)從引力場中爬出來，就會失去能量，變成較長的波長或較低的能量，而一個墜入引力場的光子會獲得能量，變成較短的波長或較高的能量。這時怎麼回事呢？
下面將通過一個最簡單的思想實驗，瞭解下為什麼光線在引力場中會發生紅移和藍移。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
引力紅移現象對大多數人來說有點違反直覺：一個光子(或光波)從引力場中爬出來，就會失去能量，變成較長的波長或較低的能量，而一個墜入引力場的光子會獲得能量，變成較短的波長或較高的能量。這時怎麼回事呢？
下面將通過一個最簡單的思想實驗，瞭解下為什麼光線在引力場中會發生紅移和藍移。
如果一個小球在引力場的高處，並且保持靜止，這時小球具有重力勢能，但沒有動能。如果讓小球自由下落，在下落的過程中會把全部的勢能轉化為動能！
那麼下圖中三個不同顏色的小球初始的動能為0，分別處在不同的高度，那麼就會擁有不同的勢能。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
引力紅移現象對大多數人來說有點違反直覺：一個光子(或光波)從引力場中爬出來，就會失去能量，變成較長的波長或較低的能量，而一個墜入引力場的光子會獲得能量，變成較短的波長或較高的能量。這時怎麼回事呢？
下面將通過一個最簡單的思想實驗，瞭解下為什麼光線在引力場中會發生紅移和藍移。
如果一個小球在引力場的高處，並且保持靜止，這時小球具有重力勢能，但沒有動能。如果讓小球自由下落，在下落的過程中會把全部的勢能轉化為動能！
那麼下圖中三個不同顏色的小球初始的動能為0，分別處在不同的高度，那麼就會擁有不同的勢能。
現在，假設我們有兩個粒子：一個電子（正常物質）和一個正電子（反物質）。當電子和正電子碰撞湮滅時，產生的兩個光子的能量與電子/正電子的靜止質量（通過E=mc^2）完全相等。
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
引力紅移現象對大多數人來說有點違反直覺：一個光子(或光波)從引力場中爬出來，就會失去能量，變成較長的波長或較低的能量，而一個墜入引力場的光子會獲得能量，變成較短的波長或較高的能量。這時怎麼回事呢？
下面將通過一個最簡單的思想實驗，瞭解下為什麼光線在引力場中會發生紅移和藍移。
如果一個小球在引力場的高處，並且保持靜止，這時小球具有重力勢能，但沒有動能。如果讓小球自由下落，在下落的過程中會把全部的勢能轉化為動能！
那麼下圖中三個不同顏色的小球初始的動能為0，分別處在不同的高度，那麼就會擁有不同的勢能。
現在，假設我們有兩個粒子：一個電子（正常物質）和一個正電子（反物質）。當電子和正電子碰撞湮滅時，產生的兩個光子的能量與電子/正電子的靜止質量（通過E=mc^2）完全相等。
現在考慮以下三個種情況：
- 讓一個電子/正電子對從重力場的高處直接靜止湮滅，它們會在重力場的高處產生兩個能量非常特殊的光子，然後讓這兩個光子落向地球的表面。
- 讓一個電子/正電子對在引力場的低處，也就是地球表面發生湮滅，它們會在湮滅點產生兩個能量相同的光子。
- 讓一個電子/正電子對在重力場的高處落下，在下落到地球表面時，這兩個粒子會把重力勢能變成動能，然後再讓它們互相湮滅。
那麼它們產生的光子的能量是多少?
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
引力紅移現象對大多數人來說有點違反直覺：一個光子(或光波)從引力場中爬出來，就會失去能量，變成較長的波長或較低的能量，而一個墜入引力場的光子會獲得能量，變成較短的波長或較高的能量。這時怎麼回事呢？
下面將通過一個最簡單的思想實驗，瞭解下為什麼光線在引力場中會發生紅移和藍移。
如果一個小球在引力場的高處，並且保持靜止，這時小球具有重力勢能，但沒有動能。如果讓小球自由下落，在下落的過程中會把全部的勢能轉化為動能！
那麼下圖中三個不同顏色的小球初始的動能為0，分別處在不同的高度，那麼就會擁有不同的勢能。
現在，假設我們有兩個粒子：一個電子（正常物質）和一個正電子（反物質）。當電子和正電子碰撞湮滅時，產生的兩個光子的能量與電子/正電子的靜止質量（通過E=mc^2）完全相等。
現在考慮以下三個種情況：
- 讓一個電子/正電子對從重力場的高處直接靜止湮滅，它們會在重力場的高處產生兩個能量非常特殊的光子，然後讓這兩個光子落向地球的表面。
- 讓一個電子/正電子對在引力場的低處，也就是地球表面發生湮滅，它們會在湮滅點產生兩個能量相同的光子。
- 讓一個電子/正電子對在重力場的高處落下，在下落到地球表面時，這兩個粒子會把重力勢能變成動能，然後再讓它們互相湮滅。
那麼它們產生的光子的能量是多少?
產生的能量會比情況2中的光子能量要大，和情況1中的一樣！因為除了電子和正電子的質能，還必須加上轉化為光子動能的重力勢能。
所以不管粒子是湮滅，然後墜落，還是墜落然後湮滅，通過能量的守恆定律，空間的引力場都會影響光子的能量！
這意味著引力場越強，光線獲得的能量越高、頻率越高，顏色越藍！
這也意味著，如果我們在引力場深處產生一定能量的光，當它爬出引力場時，就會損失能量發生引力紅移！
“傑出人物總是會遭遇平庸之輩的強烈反對。”——20世紀著名的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦在1940年3月19日寫給紐約城市大學哲學教授莫里斯·拉斐爾·科恩的一封信
自20世紀以來，廣義相對論(GR)就取代了牛頓的引力理論，成為了我們理解宇宙最基本的法則之一，但GR做出的一系列預測都在挑戰人們的直覺感受，反過來人們也很喜歡在GR裡挑刺，所以GR就成為有史以來被審查最嚴格的科學理論，不僅是科學界，我們這些普羅大眾也在審，當然，GR從誕生開始一直吹著勝利的號角走到了今天，在每一次的審查中都取得了勝利，做出的一系列“不靠譜”的預測，都得到了驚人的證實。
包括太陽等強引力體彎曲遙遠星光的預測，並在1919年5月29日在對日全食的觀測中得到了證實(如上所示)；通過中間質量源對極遠星系(包括強星系和弱星系)引力透鏡效應的測試。
弱透鏡(L)強透鏡(R)
還有很多其他的已經成功的測試，從引力時間延遲到雙星脈衝星軌道系統的衰減，再到冷澤-提爾苓效應（Lense-Thirring）的測試等等。
但是我們最熟悉的還是GR效應在GPS導航系統上的應用。
如果沒有廣義相對論，即使你每天校準一次GPS信號中的時間誤差，導航的位置也會在24小時中累積到10公里的偏差！為了使GPS設備正常工作，我們需要了解兩件事：
- 廣義相對論的時間膨脹，以及物體運動速度越快，體驗時間流逝的方式不同
- 廣義相對論的引力紅移；光的紅移或藍移依賴於觀察者和發射器所在引力場的相對強度。
引力紅移現象對大多數人來說有點違反直覺：一個光子(或光波)從引力場中爬出來，就會失去能量，變成較長的波長或較低的能量，而一個墜入引力場的光子會獲得能量，變成較短的波長或較高的能量。這時怎麼回事呢？
下面將通過一個最簡單的思想實驗，瞭解下為什麼光線在引力場中會發生紅移和藍移。
如果一個小球在引力場的高處，並且保持靜止，這時小球具有重力勢能，但沒有動能。如果讓小球自由下落，在下落的過程中會把全部的勢能轉化為動能！
那麼下圖中三個不同顏色的小球初始的動能為0，分別處在不同的高度，那麼就會擁有不同的勢能。
現在，假設我們有兩個粒子：一個電子（正常物質）和一個正電子（反物質）。當電子和正電子碰撞湮滅時，產生的兩個光子的能量與電子/正電子的靜止質量（通過E=mc^2）完全相等。
現在考慮以下三個種情況：
- 讓一個電子/正電子對從重力場的高處直接靜止湮滅，它們會在重力場的高處產生兩個能量非常特殊的光子，然後讓這兩個光子落向地球的表面。
- 讓一個電子/正電子對在引力場的低處，也就是地球表面發生湮滅，它們會在湮滅點產生兩個能量相同的光子。
- 讓一個電子/正電子對在重力場的高處落下，在下落到地球表面時，這兩個粒子會把重力勢能變成動能，然後再讓它們互相湮滅。
那麼它們產生的光子的能量是多少?
產生的能量會比情況2中的光子能量要大，和情況1中的一樣！因為除了電子和正電子的質能，還必須加上轉化為光子動能的重力勢能。
所以不管粒子是湮滅，然後墜落，還是墜落然後湮滅，通過能量的守恆定律，空間的引力場都會影響光子的能量！
這意味著引力場越強，光線獲得的能量越高、頻率越高，顏色越藍！
這也意味著，如果我們在引力場深處產生一定能量的光，當它爬出引力場時，就會損失能量發生引力紅移！
如果光在重力場中不改變頻率，我們就有可能建造一臺永動機，方法其實很簡單，讓電子/正電子在引力場的深處發生湮滅，把生成的光子向上，並且從引力場中反射出來，由於光線不會損失能量，我們可以通過一定的機制在引力場的高處讓光子重新形成電子和正電子，然後讓電子和正電子落回地球，獲得用於轉動渦輪機發電的動能。
但隨著廣義相對論的出現，光到達引力場中不同的位置時，會獲得或失去能量，並改變其頻率和波長。這就是為什麼引力會讓光線發生紅移和藍移！