还不相信广义相对论？早就有物理实验证明其正确性！

在1905年的学术园地，爱因斯坦如智者般开启了狭义相对论的大门。他通过归纳法的智慧，将光速不变的现象升华为光速不变原理，从而认为宇宙间的每个角落都洋溢着同等的物理智慧。为了达成这一目标，爱因斯坦重新解读了长度、时间和质量的概念，使得这些原本稳固的量随着物体运动速度的加快而变得活跃起来。

然而，狭义相对论终究只是物理宇宙的冰山一角。现实中，物体不仅具备速度，更有加速度；不仅存在于空间之中，空间亦因物质的存在而有了起伏变化。

于是，爱因斯坦再次借助归纳法的力量，将引力质量与惯性质量的表观等价性提升为等效原理，将两者的定义合二为一。由此，作为物质实体的存在与作为宇宙舞台的空间建立了深层的联系。空间能左右光子等一切物质的行踪，物质也能使空间呈现出几何之美。这种转变，让我们的世界观从机械的框架中跃出，步入了几何的殿堂。

本质上，这开启了我们认知的格式塔转换。这种转换，需要通过实验的验证与推动才能向前迈进。广义相对论早期的验证实验有三个，它们是水星进动、光线弯曲以及引力红移，这三者对广义相对论的确立起到了决定性作用，因而被誉为广义相对论的三大经典实验。

以水星进动作为例，它是距离太阳最近的行星，并且拥有较大的偏心率，即它的轨道最短距离与最长距离的比值较小。自19世纪初，科学家就发现，水星在绕太阳一圈后，其最长距离与太阳的连线会呈现出一个微小的进动。在物理上，我们称之为进动。通过对历史观测数据的分析，我们得知水星每世纪的进动约为5600秒。根据经典力学的计算，我们排除了其他天体对水星的进动作用，却意外地发现了一个无法解释的43秒进动。这便是著名的水星剩余进动。

当时，经典力学如日中天，众多科学家渴望以此为契机，实现科学的又一次飞跃。在随后的几十年里，科学家们提出了上百种物理假设来解释这43秒的进动，例如存在小行星和太阳的扁率等。然而，这些假设要么无法独立解释水星的43秒进动，要么会进一步要求金星、地球等行星也产生显著的进动，这与实际的观测并不相符。于是，对水星剩余进动的探索陷入了僵局。

而广义相对论作为一种新的物理理论，它自然被期望能解决水星剩余进动的难题。最初，由于计算错误，爱因斯坦在广义相对论中的结果仅得出了43秒的1/3进动。然而，经过不断的探索与努力，爱因斯坦在1916年终于计算出了完整的43秒水星进动。因此，水星剩余进动实验被视为广义相对论得到验证的第一个实验。

不过，故事并非就此结束。有科学家提出，既然引起水星进动的因素多种多样，那么水星剩余进动的43秒是否是由多种因素共同作用产生的呢？例如，美国物理学家迪克在上个世纪60年代提出了新的理论，能够解释40秒的水星进动。如果太阳的扁率能每世纪产生3秒的进动，迪克的理论便是正确的。然而，此时广义相对论的地位已经不可动摇，科学家们遵循着奥卡姆剃刀原则，倾向于用单一理论来解释现象。

光线弯曲是爱因斯坦首个预言的实验，也是广义相对论获得认可的关键实验。实验原理是利用日蚀时拍摄太阳一侧的照片，记录下太阳背景中的星光。半年后，当地球转到太阳前，在无太阳的情况下，再次拍摄相同区域的照片，通过对比两张照片，记录星光的位移。如果光线确实经过太阳弯曲，那么每个星光都会有一个向中心的位移。

实际上，这个实验极具挑战性，不仅需要借助日蚀拍摄，而且为了避免日冕的影响，只能选择距离太阳较远的星光（10个太阳直径以外），但又不能太远（20个太阳直径以内），否则光线弯曲效应太小，易被其他因素掩盖。

因此，实验结果并非直接数值，而是需要统计的数据。对于这些数据，有两种统计方法：绝对法直接对比两张照片的差异，相对法则假设照片边缘的星光无位移，并将其调整为零，再根据这一尺度调整其他星光的位移。之所以使用相对法，是因为乳胶照片在干燥过程中会收缩，产生星光位移，需要排除这一因素。

不幸的是，两种统计结果差异巨大，至少相差10%。然而，幸运的是，主持该实验的人是广义相对论的坚定支持者爱丁顿。经过统计和修正，实验结果基本符合爱因斯坦的预言；广义相对论因此被视为得到了验证。光线弯曲与人们原本的直线运动观念形成强烈对比，让爱因斯坦一夜成名。

实际上，面对同一实验，可以有多种理论进行解释。光线弯曲的真正意义不在于具体数值，而在于观念上承认光的粒子性，光也有质量。在广义相对论提出之前，人们并未意识到光线可以被物质吸引而弯曲。实际上，只要将光视为有质量的粒子，牛顿的万有引力也可计算出光线弯曲效应。

只是，当时的计算仅考虑了引力的横向效应，所以只有广义相对论预言的一半，使光线弯曲实验有了判别作用。然而，如果考虑到引力的纵向效应，将引力场视为密度较小的介质空间，则越接近引力场，光的等效速度越大；反之，离开引力场，光的等效速度越小。这会产生类似折射效应（引力透镜效应），使得万有引力的计算结果与广义相对论完全一致，均为1.75秒的弯曲度。

引力红移是广义相对论的第三个经典实验，也是最不顺利的实验，因其效应实在太小，仅有百万分之一。其原理是，每个原子的光谱都相同，我们可以通过光谱判断太阳上的元素。由于引力场的作用，光子离开太阳时需克服太阳引力，部分能量转移给空间，导致光子频率降低，即引力红移。

这一实验最初针对太阳，结果不利于广义相对论。后来进行了多次观测，效果始终不理想。最终，将实验移至质量更大的白矮星上。虽然质量增加增大了红移量，但新的问题出现：距离遥远导致其他物理参数不确定。这一实验一直持续到上世纪60年代，在爱因斯坦逝世、广义相对论获得广泛认可后，才最终验证了广义相对论。

通过上述分析，我们看到实验验证受到限制，并不绝对。首先，超出宏观范围，未知因素限制了实验；在排除所有未知因素前，实验无法绝对验证理论。其次，其他理论限制了实验的效力，同一实验可由多种理论解释。所以，实验只能帮助选择理论，无法证明理论正确。

因此，实验与理论相辅相成。如果两者互相促进，理论处于进步状态；反之，理论处于退步状态，需要新理论取代。