1919年日全食:牛顿与爱因斯坦的对决
当月球运动到太阳与地球之间的时候,如果月球恰好遮住了太阳的光芒,那么在地球上就可以看见太阳出现了缺口,甚至消失了,这就是日食。日食不仅是个壮丽的奇观,也是科学家们的大好观测机会。1919年5月29日的日全食,是验证牛顿力学与爱因斯坦相对论孰对孰错的“关键对决”。
自1687年牛顿《自然哲学的数学原理》发表以来,牛顿理论奠定了对宇宙中各种物质运动规律的基本描述。牛顿理论的基础是平直空间,正如古希腊数学家欧几里得总结的几何学那样,空间是没有边界,处处均匀的,时间就在这个“绝对空间”框架中均匀地流淌,整个宇宙是一部精致而准确的机器。此后的200多年的时间里,从苹果落地到行星运行,都可以用牛顿理论来解释。牛顿理论从无到有建立了近代科学体系,科学家们“言必称牛顿”,直到爱因斯坦相对论的出现。
1905年,爱因斯坦发表的狭义相对论中,将运动、空间和时间整合为一体。他又花了10年时间,才将引力整合到相对论中,于1915年发表了广义相对论。这套理论几乎直指牛顿理论的“绝对时空”观,认为空间并非如牛顿认为的绝对平直,而是弯曲的。质量(比如太阳)的存在,如同床单上的重球将空间弯曲,行星就是在这样的弯曲空间中运动。
可以说,牛顿理论是广义相对论的特殊形式,而广义相对论则是牛顿理论向一般情况的推广。
虽然身在德国的爱因斯坦发表广义相对论时,第一次世界大战已经打响,但他的论文还是通过私人渠道被送到了英国剑桥大学天文学家爱丁顿(Arthur Stanley Eddington)手中,因为在爱因斯坦眼中,只有爱丁顿才能够理解这一理论。爱因斯坦预言经过太阳附近的星光路径会被弯曲,从而看上去(与夜晚看到的)位置有所移动。按照牛顿理论,光线经过太阳边缘时,弯曲角度约0.87角秒(1角秒是1°的3600分之一),而广义相对论给出的结果则是1.75角秒,比牛顿理论的预言要大一倍。
爱丁顿敏锐地认识到,在发生日全食的时候,太阳光完全被遮挡,观测太阳附近星光偏折就可以用来检验爱因斯坦的预言,于是积极为此事奔走。当时的皇家天文学家戴森爵士(Sir Frank Waston Dyson)发现,1919年5月29日的日全食符合进行这个检验的理想条件,不仅全食阶段持续长达6分钟,而且此时太阳正好位于七姐妹星团前面,这个星团的恒星相当明亮,非常适合检验爱因斯坦的预言。
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