当飞驰的光束经过一个大质量物体的身旁,会发生什么呢?它能否仍然沿着原路径继续前行?它是否会感受到大质量物体的引力?如果答案是肯定的,那光是有质量的吗?它受的力是多大?要回答这些问题,在100多年以前,是十分困难的。
1911年,爱因斯坦开始酝酿广义相对论,到1915年底,终于完成了这一伟大的理论。他推断,引力场存在于宇宙空间中的每一个角落,没有任何物质能逃脱引力的束缚。如果引力场足够强,它就会影响光。光线穿越强大的引力场时,路径会发生偏转。只要知道引力场的强度,就可以计算光路偏转量的大小。
广义相对论提出之后,一度饱受争议。人们一时很难接受光是有质量的,而且还会做曲线运动这样的理念。在现实世界中,只有太阳是最大质量的物体,要验证广义相对论只能靠观察太阳周围的光线了。然而,在晴朗的白天,我们只能看到太阳自身发出的光,而看不到途径太阳附近的来自其它遥远恒星的光。只有发生日全食的时候,尤其是日全食持续的时间比较长,天空变得像夜空一样黑暗的时候,地球上的研究人员才能观察到途径太阳附近的来自其它恒星的光,测量它们在经过太阳附近的时候是否发生了弯曲。
1916年,科学家期待的日全食来临了,然而第一次世界大战阻碍了天文观测活动。1918年又发生了一次日食,然而天空布满乌云,破坏了美国海军天文台的观测计划。
1919年这次日食最佳的观测地点在南美洲和非洲,有两个研究小组分别前往巴西的索夫拉尔和非洲的普林西比,利用这次难得的机会,分别独立地观测这次日食。这次日食的全食阶段持续了大约6分钟,为验证爱因斯坦的理论提供了绝佳的观测机会。研究人员使用了代表当时最高水平的技术,获得了可靠的测量结果,证实了来自太阳系以外的遥远星系的恒星的光,受到太阳引力的影响而发生弯曲,并且测量了弯曲的程度——正像爱因斯坦预言的那样,与太阳的质量相关。这是对爱因斯坦广义相对论的第一次直接的、实验性的验证,颠覆了以往人们基于牛顿力学的世界观。
在经历了这次重要的实验之后,英国的爱丁顿爵士创作了一首诗:
欧,让聪明的人来测量吧
有一件事是肯定的,光有质量
光在靠近太阳时,不走直线
今年,2019年,恰逢实验验证广义相对论100周年纪念,1919年的那次举世瞩目的实验,经受住了时间和实践的检验。
结语
发生日全食时,普通群众都忙着吃瓜、发朋友圈,而科学家却在实验室里兴奋地测量各种天文数据。
是科学擦亮了我们的双眼,向100年前的科学家们致敬。