日食成就了爱因斯坦的科学巨星地位吗？

100年前，阿尔伯特·爱因斯坦是德国柏林大学的一名传授，那时他的名字还没有家喻户晓，只为少数的科学家、常识分子和身边的人所熟知。

1919年5月29日是一个主要的日子，尤其是对爱因斯坦来说，就在这一天，当月球刚好活动到太阳和地球之间时，日食证实了爱因斯坦广义相对论的准确性，让爱因斯坦一会儿声名大噪，当作为了那个期间最具权势巨子的科学家。而广义相对论也代替了牛顿的引力理论，当作为领会释空间最有力的物理理论。

正值这个汗青性的日子100年之际，让我们一路去领会这段汗青吧。

凝望太阳

1687年，艾萨克·牛顿颁发了他的巨著《天然哲学的数学道理》，提出了万有引力定律：宇宙中相隔必然距离的肆意两个有质量的物体间有引力的感化。按照牛顿的理论，空间只是一个固定的布景，引力造当作了物体的活动。在一段时候内，牛顿的万有引力理论很好地诠释了一些天体的活动，包罗月球绕地球的活动，甚至还当作功展望了海王星的轨道。

然而万有引力定律也有良多问题，最典型的问题就是水星的进动问题。每个行星环绕太阳以椭圆轨道活动，一般有远日点和近日点，这些轨道并不是固定的，以太阳为中间，行星轨道会迟缓地变换位置。行星每转一圈，其近日点便会发生偏移，称之为近日点进动。偏移本家儿如果由岁差和摄动引起的，可是操纵牛顿定律的计较成果与现实的不雅测成果之间存在着不成忽略的差别。1859年，法国天文学家勒威耶发现这一差别为水星近日点每100年进动38角秒（角度单元，1度等于3600角秒）；1882年，加拿大天文学家纽康对这一数值进行了校正，得出水星近日点进动值为每100年43角秒。于是为领会释水星进动的现象，爱因斯坦提出了广义相对论。

在1915年提出的广义相对论中，爱因斯坦对牛顿提出了直接的挑战。广义相对论丢弃了引力将物体拉到一路的不雅点，提出空间和时候一路形当作了一个四维的工具叫做时空，而所谓的引力现实上是物体对时空的扭曲，一个物体的质量越大，时空的变形就越大，它四周的物质受到弯曲时空的影响而标的目的它接近。在原本平直的时空上放一个恒星，时空发生弯曲，就像在一张拉直的布上放了一个重物，而发生了塌陷一样。

因为太阳的质量很大，所以太阳四周的时空就扭曲了，正好造当作了水星的进动，并且爱因斯坦的计较成果也刚好合适不雅测成果。不外，那时的人们仍是不认同广义相对论。

按照爱因斯坦的理论，光也会颠末时空，在大质量天体的四周也会改变路径。当一个发光的天体处在另一个大质量天体后面的时辰，我们也是有机遇看到它的，只不外因为光线发生了弯曲，我们看到的天体位置并不是它原本的位置，这即是“引力透镜”现象。造当作光线改变的大质量天体叫做透镜天体，它的四周经常会呈现几个亮点，有时也能不雅测到这些亮点连当作一个斑斓的圆环，即“爱因斯坦环”。在透镜天体背后发出光线，并呈多个亮点的天体，则称为“源天体”。

在爱因斯坦成长广义相对的10年中，他意识到太阳的质量足以使这种效应惹人注目。当然，查验这个展望并不轻易，因为太阳光太刺眼了，我们在白日看不到它背后的星星。而晚上呈现的星星并不是太阳背后的恒星，所以太阳并没有弯曲它们发出的光。只有当太阳出来了，可是它的光被盖住了，人们才能验证爱因斯坦的理论。这也是1911年，爱因斯坦研究广义相对论时，要求天文学家在日食时代不雅测天空的原因。

搜寻证据

第一个试图验证广义相对论的人是德国天文学家欧文·芬莱-弗伦德里希。他是一个悲剧性的人物，平生的大部门时候都致力于证实爱因斯坦弯曲光线的准确性，但从未当作功。芬莱先是阐发日食的照片，可是因为照片上的星星不敷清楚，他便筹集了一笔钱前去乌克兰，因为在那边可以不雅察到1914年的日食。不幸地是，第一次宿世界大战爆发，俄国士兵俘虏了芬莱，充公了他的不雅测仪器。

除了芬莱，来自美国加州立克天文台的天文学家也试图在乌克兰基辅四周拍摄日食，可是却受到了大天然的阻挠：云层遮住了他们的视线。是以，在1914年，没有人能帮忙爱因斯坦证实他的理论。不外，在这段时候里，爱因斯坦对本身理论中的一些小的计较错误进行了批改，最后出书了完整的广义相对论。

后来，一份爱因斯坦理论的副本落到了英国剑桥天文台本家儿任阿瑟·爱丁顿的手中。爱丁顿相信爱因斯坦的理论，与英国天文学家弗兰克·沃森·戴森合作想出了一种解决争论的方式。

在1919年5月29日的日食时代，太阳将处于地球和毕星团之间。这是一个敞亮的球形星团，拥有300多颗当作员星。在日食时代，天文学家会有6分钟的时候来不雅测它。他们打算将日食时代拍摄的毕星团图像与几个月后毕星团在夜空中呈现时的正常图像进行比力，不雅察光线是否有偏移以及偏移的水平。

爱丁顿与戴森深知拍摄日食的坚苦性，于是组织了两个步队：爱丁顿前去非洲西海岸外的普林西比岛，另一队前去巴西索布拉尔岛。当1919年决议性的一天到来时，固然气候并不十分抱负，可是爱丁顿仍拍摄到了关头性的照片，证实了爱因斯坦的准确性。

随后，爱因斯坦的名字便家喻户晓，甚至当作为了天才的同义词。不外，一些质疑的声音仍然存在，美国天文学家乔治·埃勒里·黑尔就曾在一封信中认可到，广义相对论仍让他难以理解。但进一步的日食不雅测继续为广义相对论供给依据。1922年澳大利亚的日食和1923年墨西哥的日食再次证实了相对论。

1919年的日食是爱因斯坦当作为科学界超等巨星的第一步，也是最主要的一步，而真正让他名垂青史的是其理论的准确性。不外，科学一向在成长之中，新的理论也层出不穷，谁也不知道什么时辰广义相对论就会被完全代替。

水星的岁差、摄动和进动

岁差是指一个天体的自转轴指标的目的在空中迟缓且持续的转变，例如，地球自转轴现实上是在扭转的，以大约25786年为周期扫出圆锥的外形。这是因为地轴并不是完全竖直的，地球也不是完美的球形，是太阳和月亮对地球和轨道面的引力有小角度造当作的。岁差引起了90%的水星近日点进动。

摄动是指其他天体对作轨道活动的天体所施加的引力感化。对水星来说，本家儿如果金星、地球和木星的摄动会引起近日点进动。

水星近日点每百年会进动5600角秒，在作了5025角秒的岁差校正和532角秒的行星摄动校正后，仍有43秒的宿世纪进动。

发表于 2020-01-16 02:00
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