在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变

欢迎收看本期窥探宇宙,对于日食,在我们普通人眼里,它可能就是一次罕见的自然现象,一次简单的日食,也根本不可能让我们了解到宇宙的真谛。然而就是这样在我们看来不可能发生的事情,在100多年前,却发生了。1919年5月29日,英国科学家爱丁顿利用日全食现象,首次成功的验证了一个革命性的理论,也正是这次验证,从此让我们人类对宇宙有了全新的认识,而这次验证,就是被称为广义相对论三大验证之一的,光线偏折验证。这期呢,我们就来谈谈这个光线偏折到底是怎么一回事。


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变
文章插图

提起光线偏折,我们先回到17世纪那个年代,在1687年,一篇名叫《自然哲学的数学原理》横空出世,它让我们惊讶的意识到,宇宙天体的运行和苹果落地的原理,竟然是相同的,这两个看起来毫不相干,差别如此巨大物体的运动,竟然都被一种相同的力所支配,而这个力,是和物体的质量成正比于物体距离的平方成反比。


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变
文章插图

宇宙万物只要有质量,都会受这个力所支配,而这个力就是牛顿发现的万有引力,万有引力的发现,这是人类科学的一次巨大飞跃,它让我们统一了天上地下万物的运动,牛顿也因此,被捧上了神坛。
可令人外外没有想到的却是,在牛顿力学统治几百年后的1915年,竟然有人提出了质疑的声音,并且他还拿出了自己的理论与牛顿力学所抗衡!而这个人呢,就是被我们后人称为神人的阿尔伯特~爱因斯坦。


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变
文章插图

当然,这个神人的称呼是在广义相对论被验证之后,人们才把牛顿赶下神坛称他为神的,可在1915年广义相对论发表时,他的这个理论并不被人们接受,因为牛顿力学的强大已深入人心,没有人会相信一个统治百年的强大理论会存在错误。即便它有一些无法解释的现象,比如水星近日点进动。
在牛顿力学统治的时期,太阳系内几乎所有行星的运动都符合万有引力的计算,唯独水星的运行轨迹是牛顿力学无法解释的,水星的运行轨迹每当接近太阳时,它的轨道就会发生偏移,使水星的运行形成一个花瓣形的运行轨迹,这个就是水星近日点进动现象,


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变
文章插图

而这个现象根据当时的万有引力是无法精确计算的,根据万有引力的计算,每百年会出现43角秒的偏差,而这个偏差的存在,使得牛顿的万有引力在强引力场下显示出了明显的不足,在强引力下它不能精确计算只能得到大概值,这对于一个科学理论来说是致命的,但即便当时的科学家已经发现了这个致命弱点,可还是不愿相信万有引力的不足,他们认为,万有引力之所以无法精确计算水星近日点进动,肯定是因为,水星附近还存在一个未曾发现的未知天体,而正是这个天体的引力扰动才使得计算出现偏差,就像当年科学家计算天王星轨道出现偏差发现海王星那样。可问题是,直到今日我们都没有发现水星轨道附近存在任何天体。
相反,1915年爱因斯坦的广义相对论没有借助天体的额外引力,却精确的计算了水星近日点进动!这次的计算也预示着一个新理论的诞生,但在当时却没有得到足够的重视。也只是吸引了一小部分粉丝,其中就包括使爱因斯坦一夜成名的英国科学家爱丁顿。


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变
文章插图

在广义相对论发表并成功计算水星近日点进动后,爱丁顿意识到,这个理论终将是改变人类的全新理论,于是他就有了这样的想法,验证广义相对论的预言,向世人证明广义相对论到底是怎样的理论,而这个验证就是广义相对论所预言的光线偏折效应!


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变
文章插图

在广义相对论中,引力被描述为一种时空弯曲的效应,爱因斯坦认为,有质量的物体使得周围的时空发生弯曲,物体在弯曲的时空中运动,就会受到时空场的限制,那么这个时空场的限制就表现出了我们所看到的引力效应,


在日食中,寻找爱因斯坦的预言太阳周围的时空,真的发生了改变

推荐阅读