【5.29】1919年，一次载入史册的“日全食”观测

今天是2019年5月29日

这是馒头说第 365 篇文章

在人类科学史上

关于“日全食”的观测做过无数次

但可能没有一次

像今天讲的这次那么有名

【今日由头】

1919年5月29日

爱丁顿进行日全食观测

1

我们的故事，从1905年开始。

1905年，对于人类科学文明史而言，是一个永远值得铭记的年份。

在这一年，瑞士伯尔尼专利局有一个普通技术员，发表了关于“量子论”的论文，创造性地用“光量子假说”解决了“光电效应”问题；这年4月，他在苏黎世大学提交了自己的博士毕业论文《分子大小的新测定法》；一个月后，他又递交了另一篇论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出了一个世人闻所未闻的理论：“狭义相对性原理”——我们现在称之为“狭义相对论。”

没错，这个人，就是阿尔伯特·爱因斯坦。

爱因斯坦

在爱因斯坦创立“狭义相对论”之后的相当长一段时间里，他一直试图把之前人类物理世界最经典的一套理论纳入到自己的理论体系中来，那就是牛顿的“万有引力”体系。但是，经历了整整7年的尝试，爱因斯坦遭受了各种各样的失败，始终无法如愿。

到了1912年的时候，屡战屡败的爱因斯坦渐渐意识到了问题的根本性所在——他的“狭义相对论”根本容纳不了“万有引力”理论。

在这一年，爱因斯坦又发表了一篇论文，探讨如何将重力场用几何的语言来描述。其实在这个时候，爱因斯坦已经无限接近自己下一个划时代的研究成果——“广义相对论”。

关于“广义相对论”，有一句著名的形容：

“理论家的天堂，实验家的地狱。”

这句话的意思是指，“广义相对论”从理论上看惊为天人，完美无缺，但是要从实验上证明，却非常困难，因为这个理论以宇宙作为背景，实在太宏大了，在当时的时代环境下，只有在有限且非常极端的实验条件下，才有可能做出一些证明。

所以，当爱因斯坦当时提出这些理论的时候，外界普遍保持沉默，其实更多的是怀疑——无法用实验证明的理论，你凭什么说它是正确的？

爱因斯坦经过反复思考和计算，提供了几个可以供天文实验室验证的推论，比如水星轨道近日点的进动问题，光谱线在强引力场中的红移等等。

第一个实验，爱因斯坦其实是成功证明了，第二个实验，在当时的条件下无法证明，所以关键就要看第三个实验，也是爱因斯坦理论的一个重要论述——光线在强引力场中会发生偏转。

“光线的传播在强引力场中会发生弯曲”，这是“广义相对论”的一个重要预言

以地球为环境，爱因斯坦所能想到的物体都太小了，根本没有质量足够大的物体能够证明他“光线偏转”的理论，怎么办？

爱因斯坦想到了一个合适的实验对象：太阳。

太阳的体量足够巨大，如果能证明贴近太阳的光线会发生偏转，那就证明了爱因斯坦理论的正确性。

那么，在20世纪初的时候，有没有科学实验手段能验证这一点？

有的。那就是“日全食”。

2

虽然想出了验证办法，但爱因斯坦很快陷入了焦虑。

要从观测“日全食”中得到实验数据，就必须得到天文台和天文学家的帮助。爱因斯坦推算出下一次日全食发生的日期，是1914年的8月21日。他随即给全世界各地的天文台发去了信函，征询他们是否有兴趣通过届时的日全食观测，帮助验证关于他“光线在通过近日引力点会发生偏转”的理论。

信都发出去了，却如同石沉大海，都没有回音。

最终，已经从瑞士苏黎世移居到德国柏林并担任威廉皇帝物理研究所所长的爱因斯坦，决定派出自己最得力的年轻助手，同样也是科学家的埃尔文·弗洛因德里希（Erwin Freundlich），组织一支德国观测队前去观测，而当时最佳的观测地点是俄国的克里米亚半岛。

之后，美国的天文学家威廉·坎贝尔（William Campbell）也自告奋勇地表示参加。一行人整理好行囊，就前往了俄国。

但是，意外发生了。

1914年6月28日，奥匈帝国皇储斐迪南大公在萨拉热窝遇刺，一个月后，奥匈帝国向塞尔维亚宣战，德国、意大利、英国、法国、俄国相继代表各自阵营参加了战争——

卷入6500万人口的第一次世界大战，全面爆发。

遇刺前的斐迪南大公夫妇

战争一爆发，爱因斯坦就知道事情不妙，因为德国和俄国相互宣战，成了交战国。他在给友人的一封信中写道：

“我亲爱的天文学家弗罗因德利希会在俄国成为战俘，而不是去那里观测日食。我为他担忧。”

爱因斯坦一语成谶。

带着各种探测仪器的弗洛因德里希一行，在克里米亚半岛被俄国军队当作敌方间谍抓了起来。美国天文学家坎贝尔来自中立国，所以被放了出来，而自弗洛因德里希以下，所有的德国人直到第一次世界大战结束，才作为战俘被交还德国。

侥幸被放出来的坎贝尔没有放弃，在8月21日试图继续进行日全食的观测，但那一天克里米亚半岛和欧洲大陆上空的大战气氛一样阴云密布，太阳始终没有出现。

尽管爱因斯坦也陷入了失去同事的悲伤中，但他有了一个意外的发现：

自己的计算出现了问题——他原来计算光线在太阳附近发生偏折的弯曲值是0.87弧秒，但这是错误的，修正后的数值应该是1.75弧秒，差了一倍。

用“日全食”观测来解释光线弯曲的原理图

如果弗洛因德里希的那次日全食观测成功，反而会是一次证明爱因斯坦错误的实验。

1915年，爱因斯坦在原有的基础上，完整提出了“广义相对论”。

世界为之震惊，但同时又为之怀疑，还是那个老问题——怎么证明？

关注“馒头说”微信公众号，阅读全文。