庆祝爱丁顿日食100周年

5月29日是物理学世界重要的百年纪念日:1919年的这一天，剑桥天文学家亚瑟·爱丁顿带领团队前往两个大陆拍摄了一些现在我们拥有的最著名的照片。这一结果使科学界陷入了混乱。几百年来一直屹立不倒的牛顿万有引力定律被一位名叫阿尔伯特·爱因斯坦的年轻德国科学家推翻了。为了了解这是怎么发生的，伊兹·克拉克前往剑桥大学天文研究所，拜访了太空科学家卡罗琳·克劳福德。

卡洛琳:万有引力的主要定律当然是牛顿的万有引力定律。牛顿的万有引力定律是牛顿提出的，它非常准确地描述了物体在地球上的运动方式，以及行星如何围绕太阳运行。直到19世纪中期，人们才清楚地认识到，有一件事它没有完全解释清楚，那就是水星绕太阳运行的轨道。但爱因斯坦是第一个能解释牛顿所能解释的一切的人——我们在太空和地球上看到的一切——但他也能证明水星发生了什么，因为太阳附近的时空有额外的曲率。

伊兹-时空的概念是爱因斯坦理论的核心:空间和时间可以被视为一个实体。我知道，你很难理解，但请耐心听我说。说你要去商店。你可以说他们10分钟就到，或者同样几公里远。你可以用距离和时间来描述那段旅程，因为你知道你走得有多快。时空也有类似的情况:空间和时间都是可以互换的，因为你知道光速，而光速在任何地方都是一样的。爱因斯坦接着说，与牛顿不同的是，这个时空可以被像我们的太阳这样的大质量物体扭曲——它们会弯曲空间的形状，这就是爱因斯坦引力理论的关键区别。

卡洛琳-光喜欢走直线。但如果你有来自遥远恒星的光，一条光线，它只是擦过太阳的表面——因为太阳是离我们最近的大质量物体——它只会使光线偏转一点，导致恒星的表面位置发生微小的移动，但它太小了，实际上是无法观察到的。不同之处在于，爱因斯坦做了一个预测，当你考虑到空间的曲率时，你实际上会将这种偏转的量增加一倍，这将使它进入可观测的领域;它也提供了一个很好的区别牛顿和爱因斯坦的说法，如果你能测量这个偏转。

Izzie -但是如果你自己的巨大火球，也就是我们的太阳，挡在路上，你怎么能测量来自遥远物体的光的偏转呢?要把这两个光源的光区别开来是不可能的。有人提出，可以在月食期间拍摄遥远星系的照片，因为月球阻挡了来自太阳的光线。

卡罗琳:所以进行这种测量并不是一个新想法，但令人兴奋的是，1919年5月29日发生了一次特别好的日食。这很好，因为它的持续时间很长，大约六分钟左右，这给了你足够的时间来拍照。而且，非常不寻常的是，太阳正好在附近一个非常明亮的星团的前面——它被称为Hyadas，位于金牛座——这意味着在日食期间，太阳将位于一个被相当明亮的恒星包围的区域，这将使观测成为可能。亚瑟·爱丁顿，他当时是剑桥天文台的主任，他是少数几个完全理解爱因斯坦理论的人之一。是亚瑟·爱丁顿，特别是弗兰克·戴森，他当时是皇家天文学家，他意识到这是一次特别重要的日食。他们决定做两次探险。其中一个是由皇家格林威治天文台的安德鲁·克罗默林带领的，他把设备带到巴西北部的索布拉尔，他们将捕捉到日食的开始。然后这条路径会穿过大西洋另一边是亚瑟·爱丁顿爵士和他的小团队他们会在西非海岸外的一个岛上做同样的观察。他们在两个地点进行同样的实验，当然，两个地点的理想情况是，你永远不会完全确定天气;事实上，两次探险都有问题。 In Principe, off the west coast of Africa, Eddington had terrible weather; and so they took plenty of images, but in most of them there’s too much cloud in the way. And in Sobral, in Brazil, they had problems with the equipment - there was vibrations, which just ended up blurring some of the images. And in fact the really important data from Brazil were from a sort of backup telescope they'd just taken as a spare. But the true and precise measurements don't happen until they come back to the UK, and then the results are announced in November in 1919 at a very special occasion at the Royal Society in London.

伊兹-他们发现了什么?

卡罗琳——他们发现，他们的结果证实了爱因斯坦在他的引力理论下的预测，而不是牛顿的预测。

伊兹:那项发现有多重要，对物理学领域有什么影响?

卡罗琳:嗯，它彻底改变了物理学。我的意思是，当时它非常重要，因为很少有人真正注意到爱因斯坦的理论，光的整个曲率的想法是一个概念上的飞跃。而且，说实话，对于很多科学家来说——我们在笔记和信件中都有这一点——他们不愿意使用更复杂的理论。你知道，如果牛顿定律足够好，为什么不用它呢?但关键是，一旦这一声明被宣布，爱因斯坦的相对论就被证明是对地球和太空中发生的事情的更好描述——从那一刻起，爱因斯坦就成了名人天才。

伊兹-于是爱因斯坦的广义相对论被接受了:我们所认为的引力实际上是由时空的曲率产生的。

卡罗琳-相对论是我们对物理学的一般理解的一部分，所以它对我们如何使用物理学至关重要。在地球上可能没有太大区别，因为牛顿定律已经足够好了。它在更极端的情况下变得重要——所以人们每天可能遇到的最接近地球的东西当然是你的GPS卫星。如果你不考虑相对论修正，因为它们在一个缩小的重力场中运动——而且比地球表面运动得更快——它们就会开始给出不准确的结果。不出几分钟，他们每天就能走10公里。这是人们可能会感同身受的直接结果。尽管如此，我还是要说，这对天文学家来说非常重要，因为相对论给出了唯一一个很好的描述，当你有非常大的质量时，会发生什么——当然，在天文学中，你会涉及到尽可能大的质量。