一次日全食 徹底顛覆人類對宇宙的認識

在愛因斯坦的廣義相對論問世之初，公眾幾乎還不知道這位德國物理學家，而且他的新理論還遭到了科學界的極大質疑和正面對抗。直到4年之後，一位英國天文學家主導的一項歷史性實驗才讓愛因斯坦和他的相對論名揚天下。

廣義相對論的一個關鍵原則是空間不是靜態的，物體的運動可以改變空間的結構。相比之下，在牛頓的宇宙觀中，空間是「惰性的」。愛因斯坦認為，時間和空間是相對的，空間與另一個維度——時間相結合，創造了一個被稱為時空的宇宙結構。物體穿過時空時，這種結構會被物體的質量和運動扭曲、彎曲。

牛頓和愛因斯坦時空觀的一個重大分歧是關於引力對光的影響。雖然經典動力學預言，恆星的引力可以偏轉光子的路徑，但愛因斯坦認為這個預言只是實際情況的粗略近似。並非是恆星的引力拉扯光子（如牛頓看到的），而是恆星彎曲了空間結構，這就像站在蹦床上的人彎曲了表面一樣。光子就像滾過蹦床的小球，沿著彎曲的結構在運動。從光子的角度來看，它總是以直線行進，而時空的扭曲導致了光子的偏轉。因此，引力是空間曲率的一個表現。

事實上，任何有質量的物體都會引起時空的扭曲，但效果甚微，而測試愛因斯坦理論需要像恆星這樣質量巨大的物體。今天，藉助強大的望遠鏡，天文學家得以看到宇宙深處，並觀測到了諸如星系這樣的大質量物體顯著地扭曲了時空，改變了在其附近通過的光子的路徑，這就是廣義相對論預言的引力透鏡效應。

但在20世紀初期，受到設備的限制，這些觀測還不可能。而那時歐洲正處於第一次世界大戰的中期，這使愛因斯坦的工作被限制於德語科學界。如果不能通過實驗來驗證，愛因斯坦的這個新理論很可能就會被無限期地冷落在圖書館某個落滿灰塵的角落。

然而，時任劍橋大學天文台台長的英國天文學家亞瑟·愛丁頓爵士（Sir Arthur Eddington）注意到了愛因斯坦的這個奇特新理論，並意識到他可以進行實驗來檢驗這一理論。

由於太陽是我們太陽系中質量最大的物體，產生的時空彎曲將會是最明顯的。但是為了檢驗廣義相對論，天文學家必須研究靠近太陽邊緣的背景恆星的位置，從而來確定光線經過太陽附近時發生的偏轉角度——廣義相對論預言的偏轉要比牛頓力學的大一倍。

然而，太陽非常明亮，想要看到太陽邊緣的背景恆星根本不可能，除非把太陽光擋住——日全食。在日全食期間，月球運行至太陽與地球的中間，剛好完全擋住了太陽盤面。

1917年，英國皇家天文學家弗蘭克·沃森·戴森爵士（Sir Frank Watson Dyson）構思了一個實驗，在日全食期間繪製靠近太陽邊緣的背景恆星的位置，然後與這些恆星在夜空中的正常位置進行比較，則可以觀測到時空扭曲效應。

然後在1919年5月29日，非洲和南美洲出現日全食，愛丁頓將在兩年後領導的實驗。愛丁頓很清楚，如果恆星的位置以廣義相對論預言的方式發生改變，那麼證明愛因斯坦是正確的，牛頓的宇宙觀將被徹底推翻。

1919年，在愛丁頓的領導下，皇家學會和皇家天文學會組織了對巴西的熱帶地區以及非洲西海岸的普林西比島的遠征，這兩個地方將會出現全日食。此次日全食非比尋常，其持續時間在20世紀中是最長的，跨度約為6分鐘，天文學家將有足夠的時間來測量當時正位於太陽邊緣的畢星團的相對位置。

雖然太陽周圍的扭曲時空僅使背景恆星光發生了非常微小的偏轉（肉眼不可見），但愛丁頓在分析了兩處的觀測結果之後確認，廣義相對論的預言與觀測結果一致。太陽確實彎曲了周圍的時空，牛頓的絕對空間已被一種全新的理論所取代。自此，愛因斯坦和他的相對論終於名揚天下。

自98年前的日全食驗證以來，科學家以諸多方式不斷對廣義相對論進行驗證，結果每次都證明，愛因斯坦描繪的時空正是我們所生活的宇宙。

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