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02太阳系内的引力
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太阳系——包括地球在内——是我们研究引力时触手可及的实验室。
太阳系的引力场由比所有系内行星质量大得多的太阳主导。
轨道距离太阳相对比较近的行星有四颗：水星、金星、地球和火星。
再远处是四个大得多的行星：木星、土星、天王星和海王星。
太阳系还包括一些其他天体，比如彗星、小行星、卫星和人造宇宙飞船。
当我们去观测它们的运动，或者在某些情况下和它们相对运动，我们就可以了解引力的很多性质。
对太阳系内引力正式的实验和观测始于20世纪后半叶。
在古代天文学家们几个世纪以来持续追踪行星的运动了后，随着20世纪新技术的发展，人们进行了一系列史无前例的观测和实验。
为了合理地展示这些结果，我把它们分成如下几类：对基本假设的探索、验证牛顿引力定律的实验和研究爱因斯坦引力定律的实验。
对基本假设的探索
现代引力理论有很多基本假设，比如，物体的位置以及它们与其他物体的相对运动状态，和它们的静质量无关；光速在任何方向上都相等；所有下落物体（不受除引力之外的其他力时）的加速度都一致。
这些假设都已在20世纪被验证过了。
我将在这里列出其中最好的一些实验，之后再分别详述牛顿和爱因斯坦关于理论的实验。
让我们先回忆一下质量的定义：质量是这样一个量，它告诉我们使物体以固定的加速度运动时需要施加多少力。
我们认为它是物体的基本特征。
它与重量不同，重量是你把物体拿在手中时，它施加在你手上的一个向下的力。
同一个物体的重量在不同星球上是不一样的。
质量出现在牛顿引力定律中，在爱因斯坦的著名方程中，质量和能量等价。
因为这两个理论是引力理论的核心，所以我们需要了解，质量是不是真的和物体的位置及其在引力场中的运动无关。
我们必须通过实验来证明这一点。
奇妙的是，验证质量的最佳实验，是观察光在穿过引力场时如何改变颜色。
其基本思路为：光子（组成光的粒子）从有质量物体（如恒星或行星）周围的引力场中逃离时会损失能量，这样它才能从引力场中“爬”
出来。
就像你在爬楼梯的时候需要消耗能量一样，为了从地球或太阳表面飞走，光子也需要消耗一些能量。
光子能量的改变导致颜色（波长）改变，所以一束光在穿过引力场后颜色会发生变化，能量改变的大小则取决于它和引力场源的距离。
这就是为什么在远离恒星的地方探测到的光会比其刚发射出来时稍微红（波长略大）一些。
这个效应被称为光的引力红移（gravitatioing）。
为什么引力红移会告诉我们质量是否与位置有关呢？首先，想想我们怎样在引力场中测得物体的质量：用一个绞车把物体升起来，然后测量绞车做了多少功。
由于能量和质量直接相关，所以把一个物体从一个高度升到另一个高度所需的能量可以直接告诉我们物体在这两个高度之间的质量。
不幸的是，我们很难准确地测出绞车使用了多少能量，因为它实在是太低效了（绞车上升浪费的能量大部分用于噪声、摩擦以及拉伸绳子）。
这时候，引力红移就派上了用处：光的频率可以很精确地测量出来，而且光子在爬出引力场时损失的能量和举起一个相同质量的物体（能量通过计算出来）所需的能量相等。
我们只要测量光的红移，就可以得到与绞车实验完全相同的信息。
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