1919年日全食如何让爱因斯坦成为全球最著名科学家

一百年前，阿尔伯特·爱因斯坦并非家喻户晓。他当时是柏林的一位教授，只有科学家、知识分子、他的前妻以及即将成为他第二任妻子的表亲知道他——但全世界却不认识他。

他声名鹊起始于1919年5月29日，那时月亮和太阳恰好排列成一条直线，发生了日全食。这张天文事件的照片显示了一些奇怪的现象：在日全食期间可见的几颗星星竟然出现在了错误的位置。

爱因斯坦早已预见到这一点。他利用他的广义相对论，进行了看似疯狂的预测，认为星星的位置在日食期间会发生偏移，甚至计算出了偏移的幅度。

“星星移动的幅度与广义相对论预测的完全一致，”剑桥大学天文研究所的部门图书管理员马克·赫恩说。“这是广义相对论走在正确轨道上的第一个实验证据。”

自从埃德蒙·哈雷预言了他的同名彗星的出现以来，还没有哪个科学预测如此壮观地成真。但哈雷的预言证实了艾萨克·牛顿的宇宙观，而爱因斯坦则试图推翻它。在历史的转折中，让这位德裔物理学家声名大噪的天文学家却来自英国：那里是牛顿的故乡，也是一战期间德国的敌人，而一战恰好在日食前不久结束。他们验证爱因斯坦理论的科学探索，因超越了战争的恐怖而受到赞扬。

“战后和解这种浪漫的特质抓住了公众的想象力，”阿肯色大学物理学历史学家丹尼尔·肯尼菲克说。这一切都加剧了这位提出预测的物理学家的突然成名。“公众因此次日食而对爱因斯坦着迷。”

凝视太阳

广义相对论放弃了牛顿关于引力是吸引物体相互作用的力的观点。它将引力重新想象为时空的扭曲——宇宙织物的畸变。根据相对论的数学，光线穿过这种畸变会改变其路径，适应宇宙的曲折。物体质量越大，畸变越大，其引力就能弯曲光线。

在爱因斯坦花费十年时间发展他的理论的过程中，他意识到太阳的质量足以使这种效应变得显著。他说，当太阳在天空中移向背景恒星时，它应该会弯曲恒星的光线。这颗恒星看起来就会移动。

当然，验证这个预测并不容易，因为白天恒星不可见；它们的星光被太阳光淹没。而在晚上，当恒星出现时，太阳却不在附近弯曲它们的光线。只有当太阳出现但其光线被遮挡时，才能检验爱因斯坦的工作。因此，在1911年解决理论中的疑难问题时，他请求天文学家在日食期间观测天空。

第一个响应这一呼吁的是年轻的德国天文学家埃尔温·芬利-弗罗因德利希，一个悲剧人物，他一生致力于证明爱因斯坦的光线弯曲理论的正确性，但从未成功。他开始分析历史日食的照片，但星星不够清晰，无法检验爱因斯坦的观点。于是弗罗因德利希筹集资金——几乎是向爱因斯坦本人借款——进行一次前往今天的乌克兰的航行，那里预计将在1914年发生日食。他的团队带着望远镜、相机和玻璃感光板抵达，恰逢战争爆发。俄国士兵逮捕了弗罗因德利希并没收了他的仪器。

1914年，弗罗因德利希并非唯一的观测者。来自加州利克天文台的天文学家也试图在基辅附近拍摄日食，但他们的情况也好不到哪里去。尽管因为是美国人而免于入狱，但科学家们被大自然阻碍了：云层遮蔽了他们的视线。

这些失败可能实际上是爱因斯坦的幸运。在回顾他的计算时，他发现了错误。他对星星应该移动多少的预测是错误的。爱因斯坦一直比数学家更擅长成为物理学家（尽管他高中数学不及格的流行说法并非属实）。

当爱因斯坦纠正了他的错误并发表了完整的广义相对论时，第一次世界大战正如火如荼。战后，德国也处于一片混乱之中，过于破败，无法组织远赴1919年日食可见的遥远地区进行考察。

埃丁顿的考察队

幸运的是，爱因斯坦的理论副本落入了剑桥天文台台长、数学奇才和虔诚的贵格会教徒亚瑟·爱丁顿爵士手中。准备因作为一名良心拒服兵役者而被监禁的爱丁顿，和爱因斯坦一样，信奉和平主义。

他也相信爱因斯坦，并与皇家天文学家弗兰克·沃森·戴森爵士合作，说服他的国家来检验相对论。“爱丁顿是少数几个彻底理解广义相对论的英语国家科学家之一，”赫恩说。“在许多人看来，这被认为是德国化的、难以理解的——如果不是完全荒谬的话。”

深知拍摄日食的困难，爱丁顿和戴森计划了两次考察。爱丁顿前往非洲西海岸的普林西比岛，而另一支队伍则前往巴西的索布拉尔。

计划是比较日食期间拍摄的星星照片与几个月后它们出现在夜空正常位置时的照片。根据爱因斯坦现已修正的数学，位于被遮挡的太阳边缘的恒星将比它们通常的位置偏移仅仅1.75角秒——大约相当于从几英里外看到的一枚硬币的厚度。

牛顿的引力理论做出了一个竞争性的预测，由一位德国天文学家在1801年详细计算。他的数学表明偏移量只有一半，这是基于太阳引力会拉动遥远恒星的光粒子的观点。

当5月那个决定性的日子到来时，爱丁顿在普林西比的团队遇到了恶劣天气。雷暴滚滚而来，云层遮蔽了太阳，他们的大部分感光板都变得毫无价值。但对于一贯坚定的信徒爱丁顿来说，他在那两块感光板上看到的东西足以写信给他的母亲：“我测量到的那张好感光板显示的结果与爱因斯坦一致，我认为从第二张感光板上我还能得到一些确认。”

宇宙级的确认

在大西洋的另一边，索布拉尔的天气更加配合，那里会传来确认吗？戴森在分析这些感光板时遇到了自己的问题。他主要使用的16英寸望远镜拍摄的照片失焦，提供的数值更符合牛顿的理论。

一位英国耶稣会士借出的4英寸备用望远镜拯救了局面；它证实了爱丁顿的观测结果。（1979年，对主望远镜拍摄的模糊图像的现代分析也支持爱因斯坦的观点。）

消息传到德国后，轮到爱因斯坦写信给他的母亲。“今天传来好消息……英国考察队确实证实了太阳附近的双星偏折。”

11月6日，爱丁顿和戴森在英国皇家学会和皇家天文学会的联席会议上展示了他们的成果。媒体进行了铺天盖地的报道，公众也为之疯狂。

《伦敦泰晤士报》的头版宣称：“科学革命”。“宇宙新理论：牛顿观点被推翻”。《纽约时报》紧随其后，以“科学家们或多或少地惊叹不已”为标题。

虽然很少有人真正理解爱因斯坦的新理论，但他关于从火星上是否存在外星生命（不存在）到禁酒令（无观点）等一切事情的看法都登上了报纸。人群在他访问日本时迎接他。在美国，女孩们排队与他见面，齐声欢呼“爱因斯坦，爱因斯坦，啦啦啦”。作为一个英俊的年轻人，爱因斯坦很受女性欢迎，但这与日食后他对她们产生的影响相比微不足道；据说至少有一位女士在他面前晕倒了。随着他的声望日益增长，他发现自己的签名甚至能传达给总统。

爱因斯坦，爱因斯坦，爱因斯坦

当然，相对论并非爱因斯坦一人凭空构思而成。他借鉴了科学家们之前的工作，寻求数学家的帮助，甚至面临着其他紧随其后的竞争者。但正是爱因斯坦成为了科学的公众代言人；爱因斯坦的名字成为了天才的代名词；爱因斯坦经常出现在历史名人榜上。

他对这种国际名声并不完全适应。在国内，他出现了一些敌人，例如右翼反犹主义者保罗·韦兰，他组织了一场反相对论集会，指责爱因斯坦抄袭。

广义相对论本身也并非立即被接受。一些科学家难以理解它。“相对论的复杂性对我来说实在太难理解了，”美国天文学家乔治·埃勒里·黑尔在一封信中坦承，尽管如此，这封信仍称赞了1919年日食的结果。其他人则试图寻找移动恒星的替代解释，坚持牛顿的宇宙观。

但进一步的日食观测继续为爱因斯坦的理论增添证据。利克天文台的天文学家在1922年澳大利亚日食和1923年墨西哥日食期间再次证实了相对论。与此同时，对天狼星B的观测似乎支持了另一个预测，即恒星的引力会拉伸它们发出的光波。

到20世纪20年代末，相对论已经站稳了脚跟。几十年来，日食不断证实爱因斯坦的预测，直到类星体的出现（可以说）将它们掩盖。这些极其明亮的物体，最初被误认为是恒星，可以发出强大的无线电波。测量太阳如何弯曲这些无线电波，以高度的确定性证实了相对论的光线弯曲的奇特性。

尽管如此，爱丁顿最初的实验仍然具有吸引力。在美国可见的2017年日食期间，一位业余天文学家使用一台4000美元的望远镜以更高的精度重复了这项观测，看到了与爱丁顿相同的恒星偏移，尽管是不同的恒星。其他粉丝也一直在寻找1919年考察队的文物，但结果好坏参半。

“问题是，你在天文台工作时，倾向于拆卸设备，”剑桥大学天文研究所的罗宾·卡奇波尔说。一台曾被运往巴西的镜头现在是英国一座城堡复合体中一台望远镜的一部分。一个曾被用来瞄准爱丁顿望远镜的镜面装置最终落户都柏林。至于那些捕捉到日食图像的感光板，卡奇波尔说，许多似乎已被销毁或丢失。有些可能被打包在英格兰西部一个城镇数千块未分类的玻璃板中，就像《夺宝奇兵》结尾的板条箱一样。

然而，爱丁顿感光板的遗产却得以延续。相对论现在已被科学界接受，并且其许多预测仍在以奇特的方式被检验，从使用原子钟的实验到对中子星碰撞的观测。

1919年日食围绕媒体的轰动效应可能将爱因斯坦推向了超级明星的地位。但使他能够保持这种地位的是他理论的持久力。

亚瑟·爱丁顿爵士的一首诗

让智者们去核对我们的测量吧，至少有一件事是肯定的，光有重量，有一件事是肯定的，其余的都值得争论——光线在靠近太阳时，不会走直线。

德文·鲍威尔是一位居住在旧金山的科学作家。本文最初以印刷版“爱因斯坦的日食”发表。