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上次说到第一次世界大战把可以证明相对论的机会白白的给浪费掉了。 好几位天文学家都忙着去世界各地观察日全食，他们选了好几个观测地点。一个在美国加州，一个在南美，还有一个在俄国。他们没有预料到战争一触即发，去了俄国的那批人刚到，几个国家就相互宣战了。 俄国人一看这帮家伙带着稀奇奇古怪的观测仪器，有的还长枪短炮的都扛上了，还有照相底片，再看每个人都显得贼眉鼠眼，说不定是敌方派来的特务，先关起来再说！于是去俄国的那一支远征队就被关了起来。 另外两支远征队运气也不咋地，南美那边儿天气不好，日食当口，满天乌云。这样就只剩下美国加州那边的或许还有点希望。结果老天爷依旧不给力，紧要关头，一片云彩偏偏把太阳遮住了，日食一结束，云开雾散，晴空万里。 第一次尝试证明相对论的努力就此宣告结束。 咱们再来说相对论，水星进动的问题是解决了，可是广义相对论要求时空是可以弯曲的，一切物体都要沿着时空中的测地线（测地线实际上就是三维曲面上两点间的最短连线）走，这一切物体，其中当然就包括了光。 比如说，如果有一个大质量的星球，那么远方的天体发出的光经过这个星球附近的时候，就可能发生偏折。这件事在牛顿力学里可是想都别想，人们一直都认为光在真空中永远走直线。不过如果我们把牛顿引力公式和狭义相对论放在一起，其实也可以预言光线的弯曲。狭义相对论的质能方程说质量就是能量，那也可以说能量就是质量。 E=MC^2，光没有静止质量，但是可以有能量。 如果我们强行用光子的能量除以c²，也会得到一个光子的“运动质量”，就是光子的动量，光子这个时候就好像是一个有质量的物体一样。有了质量，就可以被吸引，牛顿引力理论就足以让光偏转了。那还要广义相对论干啥呢？ 爱因斯坦就是如此幸运，广义相对论预言的光线偏转，是“牛顿引力+狭义相对论”预言结果的两倍！到这里，我们得出了三个结论： 牛顿力学：光永远走直线 牛顿引力公式+狭义相对论：光线会被偏转，但偏转的程度较小 广义相对论：光线会被偏转，而且偏转的程度较大 现在只差一个观测验证。可是到哪里找能让光线明显偏转的大质量的天体呢？月亮倒是经常跟星星在一起，但是月亮的引力不足以偏转星光，效应根本看不出来，别的大质量天体都距离我们太远。当时的天文学家唯一能指望的就是太阳了。 这个思路好是好，可问题在于太阳太亮，周围的星光都被太阳给掩盖住了。但是天文学家们想到一个极端的情况——日全食。日全食的时候，月亮会帮我们挡住太阳光，使得我们能看见太阳周围的星光。那如果我们事先算一算这个时候有哪些星星应该在太阳背后，你本来应该看不见，结果却在太阳周围看见它们了，这不就说明太阳弯曲了星光的路线吗？  爱因斯坦1916年计算出光线弯曲的正确结果，然后1919年5月29日，就有一次日全食。那时候第一次世界大战刚刚结束，乱糟糟的社会总算可以安稳下来了。德国战败，1919年，各国首脑在法国凡尔赛宫举行巴黎和会，讨论战后处置的问题，美国总统、法国总理、英国首相，各自带着地理学家开始重新划分欧洲的版图。德国在山东的权益给了日本，直接导致中国国内爆发五四运动。 这一年，对爱因斯坦也是至关重要的一年。这是一次验证爱因斯坦的广义相对论的绝佳机会。上次去俄国的那队人马被战争给搅黄了，另外的队伍也没看到老天爷的好脸色，这一次可千万不能再错过了！  英国著名的天文学家、物理学家爱丁顿开始组织远征队到非洲和巴西去观测日全食。 爱丁顿争取到这次机会也相当不容易，首先说英国没有多余的经费，再说英国民众也不愿意，英国跟德国刚刚打了一仗，不知道多少人死在了德国人手里，这事儿没那么容易解决。 况且英国和德国科学界一直关系不怎么样，这是老祖宗牛顿和莱布尼茨当年结下的梁子，爱丁顿居然要证明英国伟大的牛爵爷错了，你还想不想在英国待着了？但是，科学是没有国界的，真理是不分国籍的。 就这样，爱丁顿忙前忙后，组织大队人马就去了非洲的普林西比，同时另外一支远征队去了南美的巴西。 1919年的这一次日食的时间长达六分多钟，这老天爷可是给足了面子，两个远征队都拍摄了不少照片。可是照片分析的过程却很漫长，好几个月都没结论。 到了1919年11月6日，英国皇家学会和皇家天文学会举行联合会议，正式宣布了爱丁顿的观测结果及结论。会议由电子的发现者、皇家学会主席、著名实验物理学家汤姆逊主持。  在巨幅的牛顿画像前，非洲观测队的领队戴森报告了观测结果，在仔细研究了照相底片之后，他认为这些底片毫无疑问地证实了爱因斯坦的预言，爱丁顿的团队真的看到了原本不该出现在太阳周围的几颗星。 最后的测量结果与牛顿引力理论计算的结果偏离较大，爱因斯坦的理论符合的较好，因此爱因斯坦的广义相对论胜出。 第二天一早，各大报纸的头条消息便引爆了公众舆论。英国泰晤士报的报道用了个通栏标题《科学革命 —— 关于宇宙的新理论 —— 牛顿思想被推翻》爱因斯坦一夜成名。 现在回头看广义相对论被世界接受的这段历史，我们不能不承认，爱因斯坦的运气实在是太好了。首先是1919年这次日全食，爱因斯坦的计算结果刚出来三年，就赶上了日全食。要知道，下一次有日全食得等到1937年6月8日。如果爱因斯坦动作稍慢一点，或者爱丁顿未能促成这次观测，相对论搞不好就得再等上足足18年才能被人接受。 而据考证，这一次日全食发生的时候，太阳周围正好是毕宿星团的星星，这个星团特别亮！等到下一次，还不知道有没有这么强的星光让天文学家们测呢。 更巧的是，爱丁顿选择的这两个观测地点，在日食发生前后都是下雨的天气。巴西那个地方在日食当天早上还是多云，可是在日食发生前一分钟，天空中太阳那个位置的云居然散开了。非洲那个地方也有云，也是恰好在日食期间让太阳露出来一小会儿。 不论如何，爱因斯坦配得上所有这些幸运和荣誉。但是，爱因斯坦最大的幸运，是他生在了那个时代的欧洲。  天文学家之所以能在1856年（大清咸丰六年）发现水星运动，是使用了从1697年（大清康熙三十六年）到1848年一百五十年的水星活动记录。这个发现相当不容易，水星的轨道几乎就是一个圆形，那些古代的天文学家首先得准确的判断出这个椭圆的长轴在哪里，然后还得记录这个长轴的变化。 然后他们还能精确计算金星和地球引力对水星轨道的影响，最后得出一个非常非常小，但是无比坚定的，跟牛顿力学的差异。而且那时候可没有什么计算机。 想想相对论的历史，你肯定会感叹“爱因斯坦不可能这么幸运！”现在广义相对论既然被接受了，咱们下一次再聊爱因斯坦说的第三件事。 “科学大唠嗑”是悦读读书会新增添的一个栏目，每周更新一次，作者是书友们所熟悉的“牧羊人”张喆老师。他曾组织过我们读书会开展天文线下活动，也是《时间简史》、《上帝掷骰子吗？》的领读者。对于天文爱好者，此栏目是一个相当大的福利。对天文还未有过了解的书友们，这也是一次增长天文知识的机会。期待张老师下一次更新！ |
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