日食成就了愛因斯坦的科學巨星地位嗎？

100年前，阿爾伯特·愛因斯坦是德國柏林大學的一名傳授，那時他的名字還沒有家喻戶曉，只為少數的科學家、常識分子和身邊的人所熟知。

1919年5月29日是一個主要的日子，尤其是對愛因斯坦來說，就在這一天，當月球剛好活動到太陽和地球之間時，日食證實了愛因斯坦廣義相對論的準確性，讓愛因斯坦一會兒聲名大噪，當作為了那個期間最具權勢巨子的科學家。而廣義相對論也代替了牛頓的引力理論，當作為領會釋空間最有力的物理理論。

正值這個汗青性的日子100年之際，讓我們一路去領會這段汗青吧。

凝望太陽

1687年，艾薩克·牛頓頒發了他的巨著《天然哲學的數學道理》，提出了萬有引力定律：宇宙中相隔必然距離的肆意兩個有質量的物體間有引力的感化。按照牛頓的理論，空間只是一個固定的布景，引力造當作了物體的活動。在一段時候內，牛頓的萬有引力理論很好地詮釋了一些天體的活動，包羅月球繞地球的活動，甚至還當作功展望了海王星的軌道。

然而萬有引力定律也有良多問題，最典型的問題就是水星的進動問題。每個行星環繞太陽以橢圓軌道活動，一般有遠日點和近日點，這些軌道并不是固定的，以太陽為中間，行星軌道會遲緩地變換位置。行星每轉一圈，其近日點便會發生偏移，稱之為近日點進動。偏移本家兒如果由歲差和攝動引起的，可是操縱牛頓定律的計較成果與現實的不雅測成果之間存在著不成忽略的差別。1859年，法國天文學家勒威耶發現這一差別為水星近日點每100年進動38角秒（角度單元，1度等于3600角秒）；1882年，加拿大天文學家紐康對這一數值進行了校正，得出水星近日點進動值為每100年43角秒。于是為領會釋水星進動的現象，愛因斯坦提出了廣義相對論。

在1915年提出的廣義相對論中，愛因斯坦對牛頓提出了直接的挑戰。廣義相對論丟棄了引力將物體拉到一路的不雅點，提出空間和時候一路形當作了一個四維的工具叫做時空，而所謂的引力現實上是物體對時空的扭曲，一個物體的質量越大，時空的變形就越大，它四周的物質受到彎曲時空的影響而標的目的它接近。在原本平直的時空上放一個恒星，時空發生彎曲，就像在一張拉直的布上放了一個重物，而發生了塌陷一樣。

因為太陽的質量很大，所以太陽四周的時空就扭曲了，正好造當作了水星的進動，并且愛因斯坦的計較成果也剛好合適不雅測成果。不外，那時的人們仍是不認同廣義相對論。

按照愛因斯坦的理論，光也會顛末時空，在大質量天體的四周也會改變路徑。當一個發光的天體處在另一個大質量天體后面的時辰，我們也是有機遇看到它的，只不外因為光線發生了彎曲，我們看到的天體位置并不是它原本的位置，這即是“引力透鏡”現象。造當作光線改變的大質量天體叫做透鏡天體，它的四周經常會呈現幾個亮點，有時也能不雅測到這些亮點連當作一個斑斕的圓環，即“愛因斯坦環”。在透鏡天體背后發出光線，并呈多個亮點的天體，則稱為“源天體”。

在愛因斯坦成長廣義相對的10年中，他意識到太陽的質量足以使這種效應惹人注目。當然，查驗這個展望并不輕易，因為太陽光太刺眼了，我們在白日看不到它背后的星星。而晚上呈現的星星并不是太陽背后的恒星，所以太陽并沒有彎曲它們發出的光。只有當太陽出來了，可是它的光被蓋住了，人們才能驗證愛因斯坦的理論。這也是1911年，愛因斯坦研究廣義相對論時，要求天文學家在日食時代不雅測天空的原因。

搜尋證據

第一個試圖驗證廣義相對論的人是德國天文學家歐文·芬萊-弗倫德里希。他是一個悲劇性的人物，平生的大部門時候都致力于證實愛因斯坦彎曲光線的準確性，但從未當作功。芬萊先是闡發日食的照片，可是因為照片上的星星不敷清楚，他便籌集了一筆錢前去烏克蘭，因為在那邊可以不雅察到1914年的日食。不幸地是，第一次宿世界大戰爆發，俄國士兵俘虜了芬萊，充公了他的不雅測儀器。

除了芬萊，來自美國加州立克天文臺的天文學家也試圖在烏克蘭基輔四周拍攝日食，可是卻受到了大天然的阻撓：云層遮住了他們的視線。是以，在1914年，沒有人能幫忙愛因斯坦證實他的理論。不外，在這段時候里，愛因斯坦對本身理論中的一些小的計較錯誤進行了批改，最后出書了完整的廣義相對論。

后來，一份愛因斯坦理論的副本落到了英國劍橋天文臺本家兒任阿瑟·愛丁頓的手中。愛丁頓相信愛因斯坦的理論，與英國天文學家弗蘭克·沃森·戴森合作想出了一種解決爭論的方式。

在1919年5月29日的日食時代，太陽將處于地球和畢星團之間。這是一個敞亮的球形星團，擁有300多顆當作員星。在日食時代，天文學家會有6分鐘的時候來不雅測它。他們打算將日食時代拍攝的畢星團圖像與幾個月后畢星團在夜空中呈現時的正常圖像進行比力，不雅察光線是否有偏移以及偏移的水平。

愛丁頓與戴森深知拍攝日食的堅苦性，于是組織了兩個步隊：愛丁頓前去非洲西海岸外的普林西比島，另一隊前去巴西索布拉爾島。當1919年決議性的一天到來時，固然氣候并不十分抱負，可是愛丁頓仍拍攝到了關頭性的照片，證實了愛因斯坦的準確性。

隨后，愛因斯坦的名字便家喻戶曉，甚至當作為了天才的同義詞。不外，一些質疑的聲音仍然存在，美國天文學家喬治·埃勒里·黑爾就曾在一封信中認可到，廣義相對論仍讓他難以理解。但進一步的日食不雅測繼續為廣義相對論供給依據。1922年澳大利亞的日食和1923年墨西哥的日食再次證實了相對論。

1919年的日食是愛因斯坦當作為科學界超等巨星的第一步，也是最主要的一步，而真正讓他名垂青史的是其理論的準確性。不外，科學一向在成長之中，新的理論也層出不窮，誰也不知道什么時辰廣義相對論就會被完全代替。

水星的歲差、攝動和進動

歲差是指一個天體的自轉軸指標的目的在空中遲緩且持續的轉變，例如，地球自轉軸現實上是在扭轉的，以大約25786年為周期掃出圓錐的外形。這是因為地軸并不是完全豎直的，地球也不是完美的球形，是太陽和月亮對地球和軌道面的引力有小角度造當作的。歲差引起了90%的水星近日點進動。

攝動是指其他天體對作軌道活動的天體所施加的引力感化。對水星來說，本家兒如果金星、地球和木星的攝動會引起近日點進動。

水星近日點每百年會進動5600角秒，在作了5025角秒的歲差校正和532角秒的行星攝動校正后，仍有43秒的宿世紀進動。

發表于 2020-01-16 02:00
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