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为什么爱丁顿第一个证明了广义相对论?

 宣城华厦图书馆 2017-10-08

事实上,第一个验证广义相对论的人不是爱丁顿,而是爱因斯坦本人。不过,爱丁顿的实验验证使爱因斯坦和他的相对论迅速闻名于世。

在广义相对论问世之前,虽然天体运动规律都能被牛顿引力理论很好地描述,但有个例外是无法解释的,那就是水星近日点进动的问题。虽然水星绕太阳的公转轨道是近似椭圆形的,但每个周期的公转轨道与上一个周期的公转轨道都是不重叠的,表明水星的近日点在每个周期中都发生了微小的变化。牛顿引力理论可以对此做出大部分解释,但还有多出的一小部分进动无法得到解释,这个数值大约是每百年43角秒。早前人们认为,水星可能是受到了更靠近太阳的一颗未发现行星的影响,但一直以来人们都没有找到这颗行星的踪迹。直到1915年,爱因斯坦使用广义相对论计算了水星近日点的进动值,成功地解释了多余的进动。

到了1919年,英国天文学家爱丁顿通过星光偏转实验进一步证实了广义相对论。广义相对论预言光线经过太阳边缘时发生的偏转角度是牛顿引力理论的两倍,于是,爱丁顿决定去验证究竟哪个理论的计算结果是正确的。

由于太阳非常明亮,根本就无法观测到太阳边缘的背景恒星。不过,在日全食期间,太阳光被月球完全遮住,这样就能观测到太阳周围的背景恒星。于是,爱丁顿在日全食期间拍摄了太阳附近的背景恒星位置。然后,在半年之后对同一个位置的恒星再次进行拍照,这样就能比较出恒星光经过太阳边缘时所发生的偏转角度。结果表明,星光偏转的角度刚好与广义相对论的计算值相吻合,进一步表明了广义相对论的正确性。自此之后,爱因斯坦和他的相对论才迅速为世人所知。

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