光線彎曲#

理論預測#

廣義相對論說時空是彎曲的，測地線也是彎曲的 —— 光沿測地線走，所以光經過大質量天體附近時會發生偏折。

三種理論給出三種不同的預測：

• 牛頓力學：光走直線，不彎曲
• 牛頓 + 狹義相對論：光子因為有能量而具有等效質量，會被引力偏折一點
• 廣義相對論：光的偏折量是上述第二種方案的兩倍

廣義相對論的偏折量之所以是「牛頓 + 狹義相對論」的兩倍，是因為時空彎曲同時影響了空間和時間兩個維度。

如何檢驗？#

• 觀測經過太陽附近的星光，看它的偏折程度
• 問題：太陽太亮了，平時根本看不到太陽旁邊的星星
• 解決方案：日全食！ 月亮遮住太陽時，可以觀測太陽附近的恆星

1919 年日食觀測#

• 英國天文學家愛丁頓（Arthur Eddington）組織了兩支遠征隊，分別前往巴西和非洲
• 觀測結果：他們看到了本應被太陽遮擋的恆星 —— 星光繞過了太陽
• 偏折量與廣義相對論的預測吻合

轟動全球#

• 《泰晤士報》頭版標題：「科學革命——牛頓被推翻！」
• 愛因斯坦一夜之間成為全球名人

不可思議的幸運#

這次觀測能成功，依賴了多個巧合：

• 日食時機：距離愛因斯坦 1916 年的計算僅 3 年，下一次合適的日食要等到 1937 年
• 明亮的恆星：日食期間昴宿星團（Pleiades）恰好位於太陽附近，提供了異常明亮的參考星
• 天氣奇蹟：兩個觀測點都有雲層遮擋，但在日全食的關鍵時刻奇蹟般地放晴

如果這三個幸運因素中任何一個出了問題，廣義相對論的觀測驗證可能要推遲 18 年以上。