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廣義相對(duì)論是愛(ài)因斯坦在1915年提出來(lái)的一個(gè)精確描述牛頓萬(wàn)有引力的理論。這個(gè)理論比牛頓萬(wàn)有引力更加優(yōu)美，也更加精確。

當(dāng)時(shí)正值第一次世界大戰(zhàn)期間，愛(ài)因斯坦在德國(guó)提出了這個(gè)理論。

因?yàn)檫@個(gè)理論可以解釋水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，所以大家對(duì)這個(gè)理論還是有點(diǎn)相信的，但物理學(xué)家需要找到更多的證據(jù)來(lái)判斷此理論是否正確。（進(jìn)動(dòng)，一個(gè)自轉(zhuǎn)的物體受外力作用，導(dǎo)致其自轉(zhuǎn)軸繞某一中心旋轉(zhuǎn)，也叫做旋進(jìn)。）

星光偏析實(shí)驗(yàn)

于是，1919年，第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束的時(shí)候，馬上有幾個(gè)英國(guó)物理學(xué)家投入到了檢驗(yàn)廣義相對(duì)論理論的實(shí)驗(yàn)之中，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就是星光偏折實(shí)驗(yàn)。

星星，在夜空中眨著眼睛。其實(shí)，這些我們?nèi)祟?lèi)肉眼能看到的星星，至少離我們地球有幾光年甚至更遠(yuǎn)。

那么遠(yuǎn)的距離，對(duì)地球人來(lái)說(shuō)，星星發(fā)過(guò)來(lái)的光就是一束平行光線。但是，因?yàn)榈厍蚴窃谔?yáng)的引力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的，所以我們可以使用廣義相對(duì)論的語(yǔ)言：這束平行光線也是一根“類(lèi)光測(cè)地線”。因?yàn)閺V義相對(duì)論使用的數(shù)學(xué)工具是微分幾何學(xué)，所以測(cè)地線的方程很容易用微分幾何的語(yǔ)言寫(xiě)出，因此可以從數(shù)學(xué)的角度來(lái)描述星光在引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡。

那么，星光偏折又是怎么回事情呢？

原來(lái)，在廣義相對(duì)論中，引力場(chǎng)的存在被等價(jià)為時(shí)空的彎曲，所以，光線在太陽(yáng)的引力作用下走出來(lái)的這條“類(lèi)光測(cè)地線”在空間上看起來(lái)就是彎曲的——這非常像一根筷子插在有水的杯子里，在水面附近筷子好像折斷了，這是光的折射現(xiàn)象。星光偏折也類(lèi)似一種光的折射現(xiàn)象。

那么，如果物理學(xué)家能測(cè)量出星光被太陽(yáng)的引力場(chǎng)偏折了多少，就可以來(lái)檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論到底正確不正確了。

在日全食下觀測(cè)星光偏折

當(dāng)時(shí)相信愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的物理學(xué)家鳳毛麟角，很多人不懂他的理論，因?yàn)檫@個(gè)理論對(duì)數(shù)學(xué)要求太高，而且在物理上很反傳統(tǒng)。所以，1919年，這個(gè)實(shí)驗(yàn)剛開(kāi)始的時(shí)候，很多外行物理學(xué)家對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芙Y(jié)果的看法可謂莫衷一是。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎么做呢？

我們可以把地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)看成一個(gè)橢圓，那么，某顆恒星與地球的連線交這個(gè)橢圓于兩個(gè)點(diǎn)，我們可以在這兩個(gè)點(diǎn)上拍攝星星的照片，然后把這兩張照片進(jìn)行對(duì)比。（這兩點(diǎn)，一個(gè)點(diǎn)是地球在太陽(yáng)與恒星之間，另外一個(gè)點(diǎn)是太陽(yáng)在地球與恒星之間，位置關(guān)系是不同的。）

當(dāng)太陽(yáng)在地球與恒星之間的時(shí)候，太陽(yáng)光線太亮，恒星發(fā)的光會(huì)被太陽(yáng)光淹沒(méi)，根本就測(cè)不出來(lái)。所以，需要找到日全食的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候太陽(yáng)光不見(jiàn)了，恒星發(fā)的光可以在地球上拍照拍出來(lái)。

為了進(jìn)行1919年的日全食觀測(cè)，英國(guó)的物理學(xué)家們共準(zhǔn)備了三架望遠(yuǎn)鏡，包括兩架10英寸口徑的，一架4英寸口徑的備用望遠(yuǎn)鏡。

愛(ài)丁頓帶領(lǐng)的劍橋大學(xué)小組在非洲西岸的普林西比島（Principe）使用一架10英寸的，克羅姆林帶領(lǐng)的格林威治天文臺(tái)小組在巴西的索布拉爾（Sobral）使用另兩架。

由于云彩的影響，愛(ài)丁頓小組獲得的數(shù)據(jù)不多，只有兩張可用的底片。而且，因?yàn)楫?dāng)?shù)剌喆炯磳⒘T工，他們只好提前離去，所以他們?nèi)狈υ诋?dāng)?shù)嘏臄z的同一高度同一天區(qū)的對(duì)照底片。最后愛(ài)丁頓拍了一張另一天區(qū)的照片，然后在英國(guó)拍攝對(duì)照底片。

克羅姆林小組的10英寸望遠(yuǎn)鏡是在夜間對(duì)好焦距的。當(dāng)早晨發(fā)生日食時(shí)，由于溫度已經(jīng)升高，熱脹冷縮導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡對(duì)焦不準(zhǔn)，因此星象大多不清晰。

4英寸望遠(yuǎn)鏡得到的底片效果則比較好。4英寸望遠(yuǎn)鏡底片上共有7顆可用恒星，得到的偏折角是1.98 角秒；愛(ài)丁頓小組10英寸望遠(yuǎn)鏡上有5顆可用星，得到的結(jié)果是1.61 角秒。這兩組數(shù)據(jù)是當(dāng)時(shí)愛(ài)丁頓等人公布的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)到底有沒(méi)有被動(dòng)手腳，科學(xué)史上存在一定的爭(zhēng)議。

根據(jù)廣義相對(duì)論，遠(yuǎn)處恒星發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)大質(zhì)量的天體如太陽(yáng)時(shí)，由于引力的作用將發(fā)生偏折；日全食期間，太陽(yáng)被遮蔽，這時(shí)拍攝的恒星，與平時(shí)在夜間拍攝的同一天區(qū)的恒星進(jìn)行比對(duì)，會(huì)發(fā)現(xiàn)星體的位置發(fā)生變化。

實(shí)際測(cè)量的時(shí)候，不同的恒星偏折角不同。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，給出在太陽(yáng)邊緣處的偏折角。在建立完整的廣義相對(duì)論后，愛(ài)因斯坦計(jì)算發(fā)現(xiàn)在太陽(yáng)邊緣處星光的偏折角是1.74角秒。

所以，愛(ài)丁頓等人公布的數(shù)據(jù)與愛(ài)因斯坦計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)是接近的。這意味這什么？

這意味這愛(ài)丁頓等人的實(shí)驗(yàn)是支持廣義相對(duì)論的。

這對(duì)愛(ài)因斯坦后來(lái)在全世界聲名鵲起，起到了十分重要的作用。后來(lái)有人還把這個(gè)事情拍攝成一部電影，叫做《愛(ài)因斯坦與愛(ài)丁頓》。

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