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日食证明了爱因斯坦是对的!

天文物理  · 公众号  · 物理  · 2018-01-09 21:30

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【博科园-科学科普】爱因斯坦的名字今天是天才的代名词,但100年前大多数科学家对他的理论嗤之以鼻,一次日全食改变了他们的想法。

阿尔伯特·爱因斯坦。图片:Oren Jack Turner


当爱因斯坦在1915年提出广义相对论时,他对艾萨克·牛顿提出了直接挑战,他的引力理论自1687年起就定义了我们对宇宙的理解。爱因斯坦认为牛顿对重力的实际运动是错误的。根据牛顿的理论空间只是一个固定的背景,物体的重力推动并以可预测的方式吸引其他物体。但根据爱因斯坦的说法空间和时间在一起形成了一个四维的东西叫做时空,而物体的引力实际上扭曲了时空本身。这是时空的扭曲使物体的路径在引力的作用下弯曲。

引力场扭曲时空。图片:Mysid via Wikimedia Commons


从技术上讲有一个简单的方法来测试这个。牛顿和爱因斯坦的理论都预言光会像太阳一样在引力场附近弯曲。牛顿所要求的弯曲程度是爱因斯坦的一半,但所涉及的角度非常小,所以在地球上的差异仍然很微妙。没有一个实验来确定谁是正确的重力,大多数科学家继续相信牛顿并否定了爱因斯坦。

但这种情况即将改变,有一个非常重要的人物,他带着年轻的爱因斯坦和他那狂野的理论:不亚于英国皇家天文学家,弗兰克·沃森·戴森爵士。他的同事天文学家阿瑟·爱丁顿爵士也对广义相对论感兴趣,1917年两人发明了一种解决争论的方法。


在1919年5月29日的日食期间,太阳将从地球和海兹星星系团之间经过,这是一个明亮的球形星团,距离金牛座大约153光年。正常情况下这些恒星在白天是无法观测到的,但是日蚀的黑暗将使天文学家能够观测到它们大约6分钟,并且到达地球上的观察者,它们的光将不得不穿过太阳的重力场。恒星的光的弯曲将会在地球上出现,这是他们在天空中通常位置的微小变化。


今天天文学家使用这种方法称为引力透镜,研究暗物质,宇宙的形成,以及寻找太阳系外行星。有时它也会产生非常奇妙的图像。

你能发现多少个的星系?图片:NASA


1919年爱丁顿和他的同事们希望用这个方法来证明爱因斯坦的理论和广义相对论的正确性。两组天文学家聚集在一起,出发前往遥远的陆地观察日食。由爱丁顿亲自率领的一支队伍,前往位于非洲西海岸的普林西比岛,而另一支队伍则前往位于巴西东北部海岸附近的索夫拉市。两队在日食期间测量了星星的位置。最后数据正好与爱因斯坦的理论所预测的光线在穿过太阳引力场时的曲线一致。

这是在1919年5月29日的日食中测量的一颗恒星的照片,以证实爱因斯坦的光偏转。图像放大了281倍。红点显示恒星的位置应该在太阳不在的位置——美国国家航空航天局。图片版权:Royal Observatory, Greenwich


爱因斯坦一夜成名,直到1955年去世,这是一个世纪伟人,科学巨匠,人类的骄傲!


作者:K.N. Smith

来自:Forbes

编译:完美的球

审校:博科园

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