關於日食這個自然現象,平常都幾乎是很難見到的,即使有機會能見到,那也是罕見的。
可能大家都會覺得,就靠日食,怎麼可能瞭解到關於宇宙的真諦呢,但是我們覺得不可能的事情,卻在一百多年前發生過。
英國科學家愛丁頓在1919年5月29日時,就利用了日全食這個自然現象,首次成功地驗證了一個革命性的理論,讓我們人類對宇宙有了全新的認識。
這個驗證,就是被稱為廣義相對論三大驗證之一的光線偏折驗證,這篇文章,我們就來談談這個光線偏折到底是怎麼一回事。
在1687年,一篇名叫《自然哲學的數學原理》橫空出世,它讓我們意識到從未考慮過的事情,宇宙天體的執行和蘋果落地的原理居然是相同的。
這兩個明明一點關係都不搭邊,但是都被一種相同的力所支配,而這個力是和物體的質量成正比,與物體距離的平方成反比。
這個力就是牛頓發現的萬有引力,在宇宙中,只要有質量,都會被這個力所支配,這個發現讓我們統一了天上、地下萬物的運動,牛頓也因此被捧上了神壇。
可讓人沒有想到的是,1915年竟然有人提出了質疑的聲音,並且他還拿出了自己的理論與牛頓力學所抗衡,這個人,就是被我們後人稱為神人的阿爾伯特-愛因斯坦。
其實在1915年時,人們並不接受廣義相對論,而之所以會稱他為神,也是在廣義相對論被驗證之後才開始的。
畢竟牛頓力學統治百年了,它的強大已深入人心,沒有人會相信如此強大理論會存在錯誤,即便它有一些無法解釋的現象。
就比如水星近日點進動,在牛頓力學統治的時期,太陽系內幾乎所有行星的運動,都符合萬有引力的計算,可是隻有水星的執行軌跡是牛頓力學無法解釋的。
關於水星的執行軌跡,就是每當接近太陽時,它的軌道就會發生偏移時,這就會讓水星的執行形成一個花瓣形的執行軌跡,這個就是水星近日點進動現象。
這個現象在當時是無法被精確計算出來的,因為萬有引力每百年都會出現43角秒的偏差,就是因為這個偏差,牛頓的萬有引力在強引力場下顯示出了明顯的不足。
在強引力下,他不能精確計算,只能得到大概值,這對於一個科學理論來說是致命的,但即便當時的科學家已經發現了這個致命弱點,可還是不願相信萬有引力的不足。
他們認為,萬有引力之所以無法精確計算水星近日點進度,肯定是因為水星附近還存在一個未曾發現的未知天體,而正是這個天體的引力擾動,才使得計算出現偏差。
就像當年科學家計算海王星軌道,出現偏差發現天王星那樣,可問題是,直到今日,我們都沒有發現水星軌道附近存在任何天體。
直到1915年那年,利用愛因斯坦的廣義相對論,沒有藉助天體的額外引力,卻精確地計算的水星近日點進動,這次的計算也預示著一個新理論的誕生。
在當時並沒有受到過多的關注,只是吸引了一小部分粉絲而已,其中就包括使愛因斯坦一夜成名的英國科學家愛丁頓。
在廣義相對論發表併成功計算水星近日點進動後,愛丁頓意識到,這個理論終將是改變人類的全新理論,於是他就有了這樣的想法,驗證廣義相對論的預言,向世人證明廣義相對論到底是怎樣的理論。
而這個驗證,就是廣義相對論所預言的光線偏折效應,在廣義相對論中,引力被描述為一種時空彎曲的效應。
愛因斯坦認為,有質量的物體,使得周圍的時空發生彎曲,物體在彎曲的時空中運動,就會受到時空場的限制,那麼這個時空場的限制就表現出了我們所看到的引力效應。
這個描述完全不同於牛頓對引力的描述,牛頓是認為引力是物體與物體之間的相互作用,它並不是一種場的效應,那麼這兩種描述就存在了兩種不同的現象。
在愛因斯坦的彎曲時空裡,物體的直線運動是沿著彎曲時空的測地線,那麼這就會表現出一種特殊的效應,光的直線運動,若是沿著彎曲時空的測地線,那麼光線就會彎曲,也就表現出光線偏折效應。
而這個效應是牛頓力學所不能精確計算的,所以愛丁頓就設計了這次驗證利,用太陽強大的引力場,看看光線經過太陽時,究竟是否發生彎曲。
於是在1919年5月29日,那場日全食時,愛丁頓利用月亮的遮擋,觀測記錄太陽周邊星體的位置,並與之前的記錄做對比,結果發現,這些新體的光線在經過太陽引力場時,的確發生了改變。
這個改變與愛因斯坦計算的結果完全相符,這也是繼水星進動後,廣義相對論的又一次勝利。隨後英國的《泰晤士報》,以及美國的《紐約時報》相繼刊登的這一驗證結果。
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