1919年5月29日，加勒比海上的一片陰影正創(chuàng)造著歷史。

　　當(dāng)新月完全遮擋住太陽的時(shí)候，物理學(xué)家亞瑟·斯坦利·愛丁頓（Arthur Stanley Eddington）所帶領(lǐng)的一群天文學(xué)家正忙著測(cè)量被遮擋住的太陽旁顯現(xiàn)出星光的比之前偏移了多少。最終的觀測(cè)結(jié)果與4年前阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對(duì)論中的預(yù)言精確吻合，作為“科學(xué)界的革命”登上了當(dāng)年11月的《泰晤士報(bào)》的頭條。

　　何以這個(gè)觀測(cè)結(jié)果如此激動(dòng)人心？當(dāng)時(shí)世界的這個(gè)新科學(xué)觀點(diǎn)到底是如何被證明的呢？

　　光線被“掰彎”了

　　愛因斯坦在很早的時(shí)候就意識(shí)到了，光的運(yùn)動(dòng)也會(huì)受到引力的影響而發(fā)生彎曲

　　故事或許先要從1915年11月25日說起。當(dāng)時(shí)愛因斯坦剛剛發(fā)表了一篇只有3頁的論文，標(biāo)志著一個(gè)嶄新的理論建構(gòu)完成。在新的理論，即廣義相對(duì)論中，他重新審視了重力的作用。在他十年前提出的狹義相對(duì)論中，這個(gè)年僅26歲的物理學(xué)家就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)物體長(zhǎng)度和某項(xiàng)事件持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短并不是絕對(duì)的，它取決于觀察者與物體或事件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度，除此之外，他還預(yù)言了質(zhì)量和能量二者可以相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

　　狹義相對(duì)論只適用于勻速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。在廣義相對(duì)論中，愛因斯坦把他的想法擴(kuò)展到了包括加速運(yùn)動(dòng)和引力在內(nèi)的系統(tǒng)。他將時(shí)間和空間結(jié)合為一個(gè)四維彎曲的時(shí)空（spacetime），并得出引力決定時(shí)空的幾何形狀這一結(jié)論。

　　我們通過一個(gè)例子來闡明廣義相對(duì)論中最重要的部分：想象我們有一塊并不牢固的墊子，如果在上面放一個(gè)保齡球，墊子顯然會(huì)深深地陷下去。這時(shí)如果有一個(gè)玻璃球從遠(yuǎn)處以一定的速度滾過來，當(dāng)經(jīng)過保齡球附近時(shí)，因?yàn)閴|子的凹陷，它就不再筆直地朝著它前進(jìn)的方向滾動(dòng)，而在壓縮的邊角處做曲線運(yùn)動(dòng)。如果玻璃球速度不夠，它就會(huì)一直留在由保齡球創(chuàng)造的“井”中。

　　現(xiàn)在我們將實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)移到宇宙中，墊子便是時(shí)空，保齡球是太陽，而玻璃球就是行星。根據(jù)愛因斯坦的理論，并不是行星“被太陽吸引”，而是太陽的巨大質(zhì)量使得時(shí)空出現(xiàn)了凹陷，導(dǎo)致行星做曲線運(yùn)動(dòng)。

　　愛因斯坦在很早的時(shí)候就意識(shí)到了這種現(xiàn)象不僅只在行星和大尺度天體運(yùn)動(dòng)上有所表現(xiàn)，光的運(yùn)動(dòng)也會(huì)受到引力的影響而發(fā)生彎曲。

　　“前輩們”的工作

　　早在1783年，英國(guó)牧師約翰·米切爾就根據(jù)牛頓的光粒學(xué)說，提出光也會(huì)受到引力的影響而不一直沿直線傳播

　　然而愛因斯坦絕非第一個(gè)探索大質(zhì)量天體是如何影響光路的人。早在1783年，英國(guó)牧師約翰·米切爾（John Mitchell）就根據(jù)牛頓的光粒學(xué)說（宣稱光由細(xì)小的微粒組成），提出光也會(huì)受到引力的影響而不一直沿直線傳播。米切爾甚至更進(jìn)一步描述了這樣一種天體，它的質(zhì)量之大會(huì)讓本身發(fā)出的光落回到星球表面。這位自然哲學(xué)家口中的“大家伙”便是我們現(xiàn)今稱之為黑洞的原型。

　　到了18世紀(jì)末，在沒有看到米切爾的工作的情況下，法國(guó)數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）也獨(dú)立地描繪了這樣一種引力極強(qiáng)、即使光也不能逃脫的天體。拉普拉斯經(jīng)過計(jì)算得出，如果我們的太陽在保有現(xiàn)今質(zhì)量的前提下壓縮成直徑只有6km，也會(huì)變成這種天體。

　　最終在1801年，后來成為了慕尼黑天文臺(tái)負(fù)責(zé)人的約翰·格奧爾格·馮·索爾德納（Johann Georg von Soldner）發(fā)表了名為“光從大天體旁經(jīng)過會(huì)受其吸引而偏離直線傳播”的文章。他計(jì)算出了當(dāng)遙遠(yuǎn)星體發(fā)出的光靠近太陽時(shí)的偏移導(dǎo)致星體表觀位置發(fā)生的改變，為0.875角秒，大概相當(dāng)于從5公里外看一歐元硬幣的寬度。

　　然而愛因斯坦不知道慕尼黑天文學(xué)家的研究。他在1911年也一直在研究光因太陽發(fā)生偏移的問題，最終他的計(jì)算結(jié)果為0.83角秒，與索爾德納發(fā)現(xiàn)的數(shù)值非常相近。而后他便提議用事實(shí)檢驗(yàn)自己的理論，即在日全食之日通過測(cè)量光的表觀偏離角度來驗(yàn)證。

　　多次測(cè)量無果

　　科學(xué)家們一直等待驗(yàn)證預(yù)言的下一次機(jī)會(huì)，如果觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)相符，就意味著新理論出色地通過了第一次檢驗(yàn)

　　離當(dāng)時(shí)最近的一次日食于1912年發(fā)生在巴西，但是因?yàn)樘鞖庠蛘麄€(gè)計(jì)劃都泡湯了。1914年8月21日的日食在俄羅斯出現(xiàn)，但因?yàn)橐粦?zhàn)的爆發(fā)，由埃爾溫·弗羅因德利希（Erwin Freundlich）領(lǐng)導(dǎo)的德國(guó)遠(yuǎn)征隊(duì)被俄國(guó)人當(dāng)作敵人而被逮捕拘留，威廉·坎貝爾（William Campbell）帶領(lǐng)的美國(guó)遠(yuǎn)征隊(duì)則逃過一劫，但因?yàn)榛o的天空烏云密布，所以也沒能進(jìn)行有效的觀測(cè)。因此，這些測(cè)量都無果而終，當(dāng)然不會(huì)讓愛因斯坦感到滿意。

　　在之后的幾年里，愛因斯坦進(jìn)一步展開對(duì)廣義相對(duì)論的研究，并發(fā)現(xiàn)了上文提到的引力與時(shí)空的關(guān)系，這就意味著需要對(duì)之前的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。簡(jiǎn)單來說就是將偏差的值加倍，增至1.75角秒。他在1916年5月發(fā)表于《物理年鑒》（Annalen der Physik）的“廣義相對(duì)論基礎(chǔ)”一文中發(fā)布了這一結(jié)果。

　　于是科學(xué)家們就一直在等待驗(yàn)證預(yù)言的下一次機(jī)會(huì)，如果觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)相符，就意味著新理論出色地通過了第一次檢驗(yàn)。

　　機(jī)會(huì)終于來了

　　帶領(lǐng)兩支遠(yuǎn)征隊(duì)去驗(yàn)證一名德國(guó)教授理論的，竟是兩名英國(guó)物理學(xué)家，要知道當(dāng)時(shí)世界仍處于一戰(zhàn)的硝煙彌漫中

　　1919年5月29日，機(jī)會(huì)來了。

　　天文學(xué)家們認(rèn)為西屬幾內(nèi)亞的普林西比島（Island of Principe）和巴西北部的索布拉爾（Sobral）便是此次觀測(cè)的最佳地點(diǎn)。值得注意的是，帶領(lǐng)兩支遠(yuǎn)征隊(duì)去驗(yàn)證一名德國(guó)教授理論的，竟是兩名英國(guó)物理學(xué)家，要知道當(dāng)時(shí)世界仍處于一戰(zhàn)的硝煙彌漫中。

　　在日全食發(fā)生的6個(gè)月前，天文學(xué)家們就將鏡頭對(duì)準(zhǔn)了日食將要發(fā)生時(shí)太陽所處天空的位置。事實(shí)證明，他們的運(yùn)氣還不錯(cuò)，因?yàn)槿帐嘲l(fā)生時(shí)在太陽在天空中的位置正好處于由很亮的恒星組成的畢星團(tuán)（Hyades）附近，其中單個(gè)的恒星在太陽附近可以清晰地辨認(rèn)出來，但科學(xué)家仍舊面臨著一個(gè)艱巨的任務(wù)：計(jì)算所得的1.75角秒只適用于那些在位置上緊靠太陽的恒星，在兩倍于太陽半徑的位置，角度偏差就會(huì)減至0.6角秒。要知道，對(duì)于普林西比的遠(yuǎn)征隊(duì)所使用的望遠(yuǎn)鏡及攝影設(shè)備來說，1角秒在底片上只有0.026mm，除此之外大氣的折射和擾動(dòng)都會(huì)對(duì)觀測(cè)的精度造成影響。

　　1919年3月8日，兩支遠(yuǎn)征隊(duì)從英國(guó)出發(fā)，分別駛向普林西比和索布拉爾。時(shí)任英國(guó)皇家天文學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)的著名科學(xué)家亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington）帶領(lǐng)去往普林西比的科考隊(duì)并同時(shí)負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)兩支隊(duì)伍。

　　日食當(dāng)天，他們?cè)谝黄恿种性鸂I(yíng)，但天公不作美，從早晨到中午當(dāng)?shù)匾恢毕掠?，只在日食發(fā)生時(shí)，云層才散開了幾秒鐘。他們抓緊時(shí)間拍攝了16張照片，但最后只有兩張能用。而由安德魯·克羅姆林（Andrew Crommelin）帶領(lǐng)的隊(duì)伍就幸運(yùn)很多，他們成功拍攝到了8張合適的照片。

　　回到英國(guó)后，愛丁頓就開始分析照片，并在同年9月于伯恩茅斯舉辦的一場(chǎng)學(xué)術(shù)會(huì)議的開始公布了他們的初步結(jié)果。11月6日，克羅姆林在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)及皇家天文學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)議上發(fā)表了最終結(jié)果：其中一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡觀察到的光線偏移為1.98±0.18角秒，另一臺(tái)為1.60±0.31角秒。

　　結(jié)果發(fā)布之后，對(duì)數(shù)據(jù)精確度的質(zhì)疑之聲比比皆是。在1979年，英國(guó)皇家格林尼治天文臺(tái)對(duì)愛丁頓的底片重新進(jìn)行了測(cè)量，最終結(jié)果為1.90±0.11角秒。至此，廣義相對(duì)論的第一次驗(yàn)證可以說是圓滿成功。

　　 一夜成名后很想靜靜

　　愛因斯坦寫信向他的同事抱怨：“趕快讓我做點(diǎn)合適的工作吧，在這兒實(shí)在是可怕得讓人窒息”

　　1919年11月7月，倫敦《泰晤士報(bào)》發(fā)表了一篇題為“科學(xué)革命：新的宇宙理論推翻了牛頓的觀點(diǎn)”的文章。《紐約時(shí)報(bào)》也在11月10日的頭版寫到“天之光傾斜”。

　　相較于興奮過度的外國(guó)報(bào)社，德國(guó)本地的媒體對(duì)于此事則緘口不言。直到1919年12月14日，《柏林畫報(bào)》周刊的封面才刊登了愛因斯坦的照片，并配上這樣的標(biāo)題：“世界歷史上的新偉人：阿爾伯特·愛因斯坦，他的研究完全顛覆了我們看待世界的方式，他的發(fā)現(xiàn)堪與哥白尼、開普勒、牛頓比肩?！?/p>

　　一個(gè)物理學(xué)家突然一夜成名，各種各樣的追捧也接踵而至，這著實(shí)煩透了愛因斯坦。據(jù)說他夢(mèng)見一名像惡魔一樣的郵遞員，他不管你手頭有多少信件還沒有打發(fā)完，源源不斷給你送來一批又一批。他寫信向他的同事馬克斯·波恩（Max Born）抱怨說：“趕快讓我做點(diǎn)合適的工作吧，在這兒實(shí)在是可怕得讓人窒息?！?/p>

　　稿件來源：環(huán)球科學(xué)（《科學(xué)美國(guó)人》中文版）

　　撰文：赫爾穆特·霍爾農(nóng)

　　翻譯：牛天宇

　　審校：胡家僖