牛顿无法抹平的水星额外进动问题，广义相对论是如何解决的？
牛顿引力理论统御了人类宇宙观近两个世纪，天上地下没有一件事不是牛顿不能解决的。但却在水星上栽了跟头。
现在我们知道，爱因斯坦的广义相对论已经凌驾于牛顿理论之上，因为如果我们利用牛顿定律，水星轨道的进动就会存在每世纪难以抹平的微小偏差，那么广义相对论是如何解决这个问题的？大多数时候我们会略过这个问题，但今天我们就详细说下，广义相对论到底比牛顿引力强在哪里？
上图我们可以看到，在太阳系中每一颗行星都在绕太阳公转。更确切的说，行星的公转轨道并不是一个完美的圆，而是一个椭圆，开普勒在牛顿之前的一个世纪就已经发现了这一点。在内太阳系中，地球和金星的轨道非常接近圆形，但水星和火星的轨道看起来就更加偏椭圆一些，它们在轨道上离太阳最近的距离和最远的距离相差十分大。
尤其是水星的远日点（离太阳最远的点）比近日点（离太阳最近的点）的距离大46%，而地球只相差3.4%。这足以看出什么叫近圆形，什么叫椭圆形。
至于行星的轨道为何不同，这个引力没有关系，也就是说跟离太阳远近无关，仅仅是因为在行星形成时候的条件导致了特定的轨道。
如果开普勒定律在太阳系中是绝对完美的，那么一颗绕太阳公转的行星将会回到是一个完美的闭合椭圆，也就是说行星在一个位置开始公转，转一圈又回到了起始的位置。也就是说，当地球在近日点开始公转，那么一年后地球将会再次准确的回到近日点。地球在太空中的位置相对于太阳和前一年是完全一样的。
但是我们知道，开普勒定律只是数学上是完美的，它的完美只适用于没有质量的质点。但太阳系不仅有质量，而且还有众多的天体在轨道上干扰一个行星的运行。
一个行星在绕太阳运行的同时，周围还有其他大型的天体，包括：行星、卫星、小行星等等。另外行星和太阳都有质量，这意味着行星本身不是在绕太阳中心运行，而是绕行星/太阳系统的质量中心运行。最后，我们地球的自转会绕轴进动，这意味着我们的回归年（季节和日历）和恒星年（地球公转360°）是有区别的。也就是说春分点在不停的西移，回归年总是比恒星年少了20分24秒，这就是岁差。
如果我们想预测另一颗行星的轨道会随着时间发生多大的变化，我们就必须考虑以上所有的因素。
首先，恒星年和回归年之间的差别很小，但很重要：恒星年比回归年长20分24秒。这意味着，当我们说季节、分点和至点时，这是在日历年的基础上发生的，但地球的近日点相对于这些节气有轻微的变化。一个圆是360度，那么从一年的1月1日到下一年的1月1日，地球其实在轨道上只转了359.98604度，这意味着（1度有60′（弧分），1弧分有60"（弧秒））由于地球岁差的问题，每一颗行星的近日点会以每世纪5025"的速度移动。
但同时也要考虑行星质量的影响。
每一颗行星都会对另一颗行星的运动产生不同的影响，这取决于它的相对距离、质量、轨道邻近程度，以及它是在该行星的内部还是外部。水星是最内层的行星，可以说是最容易计算的行星：所有的行星都在水星的外围，因此外围的行星都会使水星的近日点提前。以下是这些行星的影响，其重要性依次递减：
金星每世纪277.9”。
木星:每世纪153.6”。
地球：每世纪90.0”。
土星：每世纪7.3”。
火星：每世纪2.5”。
天王星：每世纪0.14”。
海王星：每世纪0.04”。
还有其他的影响，比如小行星和柯伊伯带天体的影响，以及太阳和行星的扁率（非球形），每世纪0.01"或更少，因此可以忽略不计。
总而言之，这些影响加起来是每世纪水星的近日点会前进532"，如果我们把地球进动的影响加进去，就得到每世纪前进5557"。但是我们观察到的是：水星近日点以每世纪5600"速度在前进。
实际的进动要比牛顿预测的要大，那么这是为什么呢？
第一个考虑解决的想法是水星内部还存在一颗未知的行星，它的公转速度较快，可以通过引力的影响给水星产生额外的推力，或者太阳的日冕非常巨大；这两种情况都可能会产生所需的额外引力效应。但是太阳的日冕并不大，也没有所谓的火神星！
第二个想法来自于西蒙·纽科姆和阿萨·霍尔，他们认为，如果我们把牛顿引力平方反比定律替换成另一个定律，即引力与距离的2.0000001612次方成反比，就可以解释水星的额外进动问题。言外之意就是牛顿错了，正如我们今天所知道的，如果修改牛顿的引力方程，将会打乱月球，金星和地球的轨道，所以这是不可能的。
第三个想法来自亨利·庞加莱，他指出，如果我们考虑到爱因斯坦的狭义相对论（水星平均以48公里/秒的速度绕太阳运行，或者是光速的0.016%）就会得到部分（但不是全部）缺失的进动。
正是将第二种和第三种思想结合在一起才产生了广义相对论。时空这个概念来自爱因斯坦的一位老师赫尔曼·闵可夫斯基，当庞加莱把这个概念应用到水星轨道的问题上时，朝着解决这个问题的方向就迈出了重要的一步。纽科姆和霍尔的观点虽然不正确，但它表明，如果引力比牛顿关于水星轨道的预测更强，就可以解释水星的异常进动问题。
当然，爱因斯坦的伟大想法是，物质/能量的存在会导致空间发生弯曲，当一个物体离一个质量非常大物体越近的时候，引力就表现得越强。而且与牛顿引力理论预测的偏差也越大。
也就是说，在大质量物体附近，或者强引力面前，物体所感受到的引力要比牛顿理论预测的要大。这就解释了为什么牛顿理论可以成功的解释其他行星的运动，偏偏到了水星这里却不行。因为水星离太阳最近。在爱因斯坦的引力理论弥补了水星的额外进动以后，还做出了一个非凡的预测。
那就是当光线经过一个大质量天体时，比如太阳，会发生弯曲，这一预言最后用来检验牛顿理论和爱因斯坦理论哪一个正确。
牛顿的理论预测，星光在经过太阳时根本不会偏转，因为光没有质量。但是如果我们根据爱因斯坦的E = mc^2给光分配一个质量，那么根据牛顿的引力理论，光会偏转0.87"。然而，爱因斯坦的理论给出了两倍的偏转：1.75"。
这些数字很小，差异也很小，但在1919年日食期间，阿瑟·爱丁顿和安德鲁·克罗默林的联合考察得出的光线偏转是1.61"±0.30"，这与爱因斯坦的预测在误差范围内是一致的，与牛顿的预测不一致。
这不仅是牛顿的万有引力被取代的故事，也是牛顿的理论在什么方面出现缺陷的故事。自那以后，广义相对论取得了许多预测上的胜利，至今还没有失败过。
在太阳系中每一颗行星都在绕太阳公转。更确切的说，行星的公转轨道并不是一个完美的圆，而是一个椭圆，开普勒在牛顿之前的一个世纪就已经发现了这一点。在内太阳系中，地球和金星的轨道非常接近圆形，但水星和火星的轨道看起来就更加偏椭圆一些，它们在轨道上离太阳最近的距离和最远的距离相差十分大。
尤其是水星的远日点（离太阳最远的点）比近日点（离太阳最近的点）的距离大46%，而地球只相差3.4%。这足以看出什么叫近圆形，什么叫椭圆形。
至于行星的轨道为何不同，这个引力没有关系，也就是说跟离太阳远近无关，仅仅是因为在行星形成时候的条件导致了特定的轨道。
爱因斯坦的伟大想法是，物质/能量的存在会导致空间发生弯曲，当一个物体离一个质量非常大物体越近的时候，引力就表现得越强。而且与牛顿引力理论预测的偏差也越大。 也就是说，在大质量物体附近，或者强引力面前，物体所感受到的引力要比牛顿理论预测的要大。
万有引力产生的原因(简述):宇宙空间中运行的高能粒子穿越物质(天体或粒子)时，一部分被拦截吸收从而形成弱能量区(爱因斯坦说的时空弯曲)，这种弱能量区就是引力作用范围mV2=E=Mv2(能量转换守恒定律公式)。具体详细阐述请看即将发表的引力假说《元素周期及万有引力产生的原因》一文。
广义的相对论对于这个问题的解决，就是从另一个角度来看待这个问题，不是从引力惯性以及力学角度来看。
牛顿无法抹平的水星额外进动问题,广义相对论是如何解决的?
第一个考虑解决的想法是水星内部还存在一颗未知的行星，它的公转速度较快，可以通过引力的影响给水星产生额外的推力，或者太阳的日冕非常巨大；这两种情况都可能会产生所需的额外引力效应。但是太阳的日冕并不大，也没有所谓的火神星！第二个想法来自于西蒙·纽科姆和阿萨·霍尔，他们认为，如果...
牛顿无法抹平的水星额外进动问题,广义相对论是如何解决的?
万有引力理论和相对论理论就像两把不同精度的尺子，如果你要测量一个桌子的大小，用一把米尺就可以了。但是你如果想测量一颗黄豆的大小，如果你还用米尺，那么测出的结果就会不准确，有明显的误差。所以这时候你就需要用卡尺来测量，才能消除之前的误差。
潜莎氨基： 水星是距太阳最近的一颗行星,按牛顿的理论,它的运行轨道应当是一个封闭的椭圆.实际上水星的轨道,每转一圈它的长轴也略有转动.长轴的转动,称为进动.经过观察得到水星进动的速率为每百年1°33′20〃,而天体力学家根据牛顿引力理论计算,水星进动的速率为每百年1°32′37〃.两者之差为每百年43〃,这已在观测精度不容许忽视的范围了.在牛顿力学里,行星自转是不参与引力相互作用的.在牛顿的万有引力公式中只有物体的质量因子,而没有自转量,即太阳对行星的引力大小只与太阳和行星的质量有关,而与它们的自转快慢无关. 因此无法解释这个现象.
潜山县13184633959： 引力理论的理论发展 - ？
潜莎氨基： 1859年,勒威耶发现在水星近日点进动问题中,存在着牛顿理论无法说明的部分,1882年,纽康测定这部分差值为每百年43″,这是不容忽视的.有人推测这可能是由于所谓水内行星的吸引造成的;也有人试图修改牛顿万有引力定律中的平方反比规律,但都没有成功.1905年,爱因斯坦提出狭义相对论,突破了绝对时间和绝对空间的观念,否定了瞬时超距作用,从根本上动摇了建立在这些旧观念基础上的牛顿引力理论.经过约十年的探索,爱因斯坦于1915年提出了迄今为止最成功的近代引力理论──广义相对论.
潜山县13184633959： 怎样用相对论解释万有引力? - ？
潜莎氨基： 1 广义相对论有三大实验验证: 一:引力红移(太阳发出的光到达地球波长变长),但这用经典理论也能解释 二: 光线经过恒星之后发生偏转,这也能用经典理论解释,但广义相对论预言的偏转角是经典预言的2倍,实验观测证明广义相对论是...
潜山县13184633959： 爱因斯坦通过广义相对论方程推出了哪个行星轨道近日点的进动 - ？
潜莎氨基： 水星,水星近日点的进动在广义相对论建立前已经通过天文观测确认,当时牛顿力学不能完全解释这个进动,广义相对论建立后,爱因斯坦解释了这个进动
潜山县13184633959： 广义相对论和万有引力 - ？
潜莎氨基： 年,爱因斯坦创立了广义相对论,从而弥补了经典力学的另一漏洞,即无法解释物体在强引力场中的行为.由牛顿定律计算出来的水星近日点的进动,要比天文观测值小.广义相对论是一种引力理论,认为引力是时空弯曲的结果,它非常好地解...
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潜莎氨基： 水星进动. 水星的轨道偏离正圆程度很大,近日点距太阳仅四千六百万千米,远日点却有7 千万千米,在轨道的近日点它以十分缓慢的速度按岁差围绕太阳向前运行,称为水星进动.水星近日点的进动水星是距太阳最近的一颗行星,按牛顿的...
潜山县13184633959： 【分析力学】为什么牛顿力学也可以得出水星近日点的进动? - ？
潜莎氨基： 怎么感觉兄弟你误入歧途了呢.牛顿力学和分析力学不过是解决问题的方法不同而已,本质还是牛顿三定律,分析力学能做到的,牛顿力学当然也能做到.而百科中说的牛顿力学系统也计算出水星近日点有进动,这里面的牛顿力学是相对相对论而言的,不是相对分析力学而言的,牛顿力学也是经典力学的代名词.天体问题中,严格来说,都需要将星体理解为很多个小质点的组合,通过积分才能得到严格的结论.只不过后来人们发现,将高斯积分定理引入后,这种域内积分可以等效于几个质点的叠加,才有了将星体等效为质点做法的理论依据.
潜山县13184633959： 牛顿的经典力学理论完美的解释了水星的旋进 对吗??? - ？
潜莎氨基： 【百度百科】经过观察得到水星进动的速率为每百年1°33′20〃,而天体力学家根据牛顿引力理论计算,水星进动的速率为每百年1°32′37〃.两者之差为每百年43〃,这已在观测精度不容许忽视的范围了.(牛顿的理论失败了) 然后爱因斯坦的广义相对论成功解释了这些.详情参考百度百科“进动”词条.
潜山县13184633959： 大大哥,我觉得你不错哦!问一下水星近日点的反常进动是不是可以通过修正牛顿理论中的质量不可变而计算出 - ？
潜莎氨基： 不可以.如果可以的话,那这个实验就不能作为广义相对论的验证了.这是由Einstein场方程直接导出的.
潜山县13184633959： 关于水星的公转？
潜莎氨基： 水星运动有个进动现象,用牛顿理论只能解释数据的一部分,它的假设是空间是平直的.而广义相对论说太阳弯曲了周围时空,用它来计算发现和观测数据很接近,所以认为广义相对论是比牛顿理论更好的引力理论.其他行星也有进动现象,只是距太阳远,没水星那么明显
