缘起
其实根本就看不懂什么相对论，只是最近在看霍金的《时间简史》，里面提到黑洞、引力波等，而“引力波”这个词前几年是非常火的，因为是几年前刚被直接观测到。做了一些资料搜索，尽管看不懂相对论，但广义相对论的几个预测验证还是挺有意思的，尽管也不懂（那么多数学公式 完全大大超出我的智力水平），还是记录汇总一下。
背景
1905年 & 狭义相对论
作为背景，先讲一下：
1905年是不平凡的一年，20世纪的物理学道路和人类对宇宙的认识，在1905年被爱因斯坦照亮。当时还在瑞士伯尔尼专利局工作的26岁的爱因斯坦，在德国著名物理学期刊《物理学纪事》发表了五篇论文：《关于光的产生和转化的一个启发性观点》、《分子大小的新测定》、《关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》、《论动体的电动力学》和《物体的惯性是否决定其内能》。狭义相对论从此诞生；这些也不懂，我只是知道，绝对时空观被打破，时间和空间是相互联系、相互影响的，另外就是知道那个著名的爱因斯坦质能方程E=mc2
相关资料：https://www.cas.cn/zt/jzt/kpzt/sjwlnzzg/kxsh/200504/t20050418_2665809.shtml
广义相对论
广义相对论是现代物理中基于相对性原理利用几何语言描述的引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开始发展，最终在1915年基本完成。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律与狭义相对论加以推广。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率），而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。 （完全不懂 抄自维基百科）
相对论与卫星定位系统
之前在很多地方都听说过，我们都在使用的卫星定位系统 包括 GPS、北斗等都是必须考虑爱因斯坦大相对论的。其实这个里面，既有狭义相对论，也有广义相对论的效应需要考虑。
狭义相对论认为高速移动物体的时间流逝得比静止的要慢。每个GPS卫星时速为1.4万千米，根据狭义相对论，它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。另一方面，广义相对论认为引力对时间施加的影响更大（离天体中心越近，引力越大，那么时间进程越慢），GPS卫星位于距离地面大约2万千米的太空中，由于GPS卫星的原子钟比在地球表面的原子钟重力位高，星载时钟每天要快45微秒。两者综合的结果是，星载时钟每天大约比地面钟快38微秒。这38微妙，会在一天内带来11千米的定位误差，所以不得不考虑到相对论，对卫星中的时间做回拨修正。
相关资料：http://www.beidou.gov.cn/zy/kpyd/201710/t20171011_4688.html
爱因斯坦广义相对论的七大预言
其中有三个是验证试验，包括：光线偏折、水星近日点进动、引力红移。
另外四个是预测，包括：黑洞、雷达回波时间延迟、引力钟慢、引力波。
1. 光线偏折
广义相对论预言光子的路径在引力场中会发生偏折，即当光子途径一个大质量物体时路径会朝向物体发生弯曲。质量越大，弯曲越大，光线的偏转角度越大。太阳附近存在时空弯曲，背景恒星的光传递到地球的途中如果途径太阳附近就会发生偏转。
这种效应已经通过对来自遥远恒星或类星体的光线途径太阳时的路径观测得到证实。
1919年5月29日有一次条件极好的日全食，英国爱丁顿领导的考察队分赴非洲几内亚湾的普林西比和南美洲巴西的索布拉进行观测，结果两个地方三套设备观测到的结果分别是1.61″±0.30″、1.98″±0.12″和1.55″±0.34″，与广义相对论的预测完全吻合，爱因斯坦因此名声大噪。这是对广义相对论的最早证实。
2. 水星近日点进动
水星从一个近日点出发，转一周后，由于轨道进动，它不能回到原来的那个点上，近日点已经“转移”了，因此，水星的轨道不是一个封闭的椭圆，而是一个持续转动的开口椭圆，画出来的轨迹就像一朵花。水星的实际轨迹和牛顿动力学所预测的有所偏差。这在广义相对论之前没有合理的解释。
1915年，爱因斯坦首次用水星进动来检验相对论方程。计算结果，水星每百年进动值为5600.53角秒，与牛顿理论的计算结果相差42.91角秒。这与观测数据5600.73角秒十分接近。
3. 引力红移
引力红移，是强引力场中天体发射的电磁波波长变长的现象。由广义相对论可推知，当从远离引力场的地方观测时，处在引力场中的辐射源发射出来的谱线，其波长会变长一些，也就是红移。只有在引力场特别强的情况下，引力造成的红移量才能被检测出来。
爱因斯坦在1907年从等效原理推导出光的重力红移效应，然而实际的天体物理学观测却很难进行。虽然沃尔特·亚当斯在1925已量度了这一效应，但要到庞德-雷布卡实验（Pound–Rebka experiment）于1959年利用极为敏感的穆斯堡尔效应测量位于哈佛大学杰弗逊塔顶部和底部的两个辐射源的相对红移，才确切证实了重力红移效应。实验结果完美地验证了广义相对论。
4. 黑洞
黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种密度无限大体积无限小的天体。黑洞的引力很大，使得视界内的逃逸速度大于光速。黑洞的质量极其巨大，而体积却十分微小，密度异乎寻常的大，它所产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界（临界点）内，便再无法逃脱，甚至传播速度最快的光（电磁波）也无法逃逸。
1964年，美籍天文学家里卡多·吉雅科尼（Riccardo Giacconi）意外地发现了天空中出现神秘的X射线源，方向位于银河系的中心附近。1971年美国“自由号”人造卫星发现该X射电源的位置是一颗超巨星，本身并不能发射所观测到的X射线，它事实上被一个看不见的约10倍太阳质量的物体牵引着，这被认为是人类发现的第一个黑洞。
在2019年4月10日，事件视界望远镜（EHT，Event Horizon Telescope）团队首次发布了黑洞及其附近的第一张影像：使用事件视界望远镜在2017年拍摄到M87星系中心的超大质量黑洞。
5. 雷达回波时间延迟
广义相对论认为光子靠近引力场时，就会发生时间延迟效应。
从地球向行星发射雷达信号，接收行星反射的信号，测量信号往返的时间。 如果太阳正好处于行星和地球的连线，那么信号往返时间较没有太阳的情况变长。如此，可以检验空间是否发生了弯曲，是否有时间延迟。
1960年代美国物理学家克服重重困难，完成了有关实验。 研究小组先后对水星、金星与火星进行了雷达实验，证明雷达回波确有延迟现象，太阳质量导致的雷达波往返的时间延迟将达到200毫秒左右， 结果与广义相对论预言相符。
6. 引力钟慢
广义相对论中具有基石意义的等效原理认为：无限小的体积中均匀的引力场等同于加速运动的参照系。而在引力场中引力势较低的位置，也就是过去我们所学的离天体中心越近，引力越大，那么时间进程越慢，物体的尺度也越小。讲通俗一点，拿地球举例，站在地面上的人相比于国际空间站的宇航员感受到的引力更大，引力势更低（这是比较容易理解的），那么地面上的人所经历的时间相比于宇航员走地更慢，长此以往将比他们更年轻！
971年做过一次非常精确的测量，哈菲尔（J．C．Ha1ele）和基丁（R．E．Keating）把4台铯原子钟分别放在民航客机上，在1万米高空沿赤道环行一周，测试结果与理论值接近。
7. 引力波
在广义相对论里，引力波是时空的涟漪。当投掷石头到池塘里时，会在池塘表面产生涟漪，从石头入水的位置向外传播。当带质量物体呈加速度运动时，也会在时空产生涟漪，从带质量物体位置向外传播，这种时空的涟漪就是引力波。1916年，爱因斯坦即根据广义相对论预言了引力波的存在。
1974年科学家们发现了引力波的间接证据；2016年2月11日，LIGO科学团队与室女座干涉仪团队共同宣布，人类于2015年9月14日首次直接观察到引力波，其源自于双黑洞合并。（LIGO，Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，激光干涉引力波天文台，是探测引力波的一个大规模物理实验和天文观测台）据研究人员估计，两个黑洞合并前的质量分别相当于36个和29个太阳质量，合并后的总质量是62个太阳质量，3个太阳质量的能量以引力波的形式在不到1秒的时间内释放，释放的峰值能量比整个可见宇宙释放的能量还要高出约50倍。LIGO后续也宣布，多次观测到了引力波。
引力波是爱因斯坦广义相对论实验验证中最后一块缺失的“拼图”，它的发现是物理学界里程碑式的重大成果。发现引力波是一个“重大里程碑”，它开启了观测宇宙的一个新窗口，就像望远镜的发明或太空无线电波的发现一样。引力波天文学将成为21世纪的天文学。
参考文档：
https://www.163.com/dy/article/D0K406HQ0523F3BN.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/20569564
https://www.sohu.com/a/196162203_354970
https://www.sohu.com/a/307303660_260616
https://news.mydrivers.com/1/747/747311.htm