百度知识大全-最全的生活百科全书-第8部分

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架4英寸的望远镜拍摄了7张成像质量较好的底片。按照前19张底片归算出来的光线偏折值是0。93〃（《天文学名著选译》，p。460），按照后7张底片归算出来的光线偏折值却远远大于爱因斯坦的预言值。最后公布的值是所有26张底片的平均值，只不过前19张底片的加权值取得较小。1929年德国的研究人员对英国人的观测结果进行验算后发现，如果去掉其中一颗恒星，譬如成像不好的恒星，会大大改变最后结果（《日全食》，200…201页）。

后来1922年、1929年、1936年、1947年和1952年发生日食时，各国天文学家都组织了检验光线弯曲的观测，公布的结果与广义相对论的预言有的符合较好，有的则严重不符合。但不管怎样，到二十世纪六十年代初，天文学家开始确信太阳对星光确有偏折，并认为爱因斯坦预言的偏折量比牛顿力学所预言的更接近于观测。但是广义相对论的预言与观测结果仍有偏差，爱因斯坦的理论可能需要修正。

1973年6月30日的日全食是二十世纪全食时间第二长的日全食，并且发生日全食时太阳位于恒星最密集的银河星空背景下，十分有利于对光线偏折进行检验。美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲建造了专门用于观测的绝热小屋，并为提高观测精度作了精心的准备，譬如把暗房和洗底片液保持在20°C、对整个仪器各个部分的温度变化进行监控等等。在拍摄了日食照片后，观测队封存了小屋，用水泥封住了望远镜上的止动销，到11月初再回去拍摄了比较底片。用精心设计的计算程序对所有的观测量进行分析之后，得到太阳边缘处星光的偏折是1。66〃±0。18〃（《日全食》，206页）。这一结果再次证实广义相对论的预言比牛顿力学的预言更符合观测，但是难以排除此前已经提出的布兰斯－迪克理论。

表1多次日食期间对光线弯曲的光学观测结果＇9＇

日期

地点

结果及误差（角秒）

1919年5月29日

Sobral

1。98±0。16

Principe

1。61±0。40

1922年9月21日

Australia

1。77±0。40

1。42－2。16

1。72±0。15

1。82±0。20

1929年5月9日

Sumatra

2。24±0。10

1936年6月19日

USSR

2。73±0。31

Japan

1。28－2。13

1947年5月20日

Brazil

2。01±0。27

1952年2月25日

Sudan

1。70±0。10

1973年6月30日

Mauritania

1。66±0。18

光学观测的精度似乎到了极限，人们想到通过观测太阳对无线电波的偏折来检验广义相对论的预言。从1970年左右开始进行了这样的观测，1974年到1975年间，福马伦特（A。B。Fomalont）和什拉梅克（R。A。Sramek）利用甚长基线干涉技术，观测了太阳对三个射电源的偏折，最后（1976年）得到太阳边缘处射电源的微波被偏折1。761〃±0。016〃。终于天文学家以误差小于1％的精度证实了广义相对论的预言，到1991年利用多家天文台协同观测的技术，以万分之一的精度证实了广义相对论对光线弯曲的预言。只不过这时观测的不再是看得见的光线而是看不见的无线电波。

表2太阳对无线电波偏折的射电观测结果＇10＇

年

地点

观测值与广义相对论预言值之比

1970

OwensValley

1。01±0。11

1970

Goldstone

1。04±0。15

1971

（American）NationalRAO

0。90±0。05

1971

MullardRAO

1。07±0。17

1973

Cambridge

1。04±0。08

1974

Westerbork

0。96±0。05

1974

Haystack/National

0。99±0。03

1975

（American）NationalRAO

1。015±0。011

1975

Westerbork

1。04±0。03

1976

（American）NationalRAO

1。007±0。009

1984

VBLI

1。004±0。002

1991

VBLI

1。0001±0。0001

4

根据前述的对光线弯曲的验证历史，似乎就存在这样一个疑问：难道只能说直到1973年甚至1991年才能说爱因斯坦的广义相对论才成为“正确”的理论？为了消解这个疑问，笔者认为需要在三个层面上谈广义相对论的正确性问题，

第一个层面是在一般公众眼里广义相对论的正确性问题。

在1919年11月6日召开的英国皇家天文学会和皇家学会联合举行的大会上，天文学家罗伊尔宣布：“星光确实按照爱因斯坦引力理论的预言发生偏折”。第二天，历来谨慎的英国《泰晤士报》（Times）赫然出现醒目的标题文章：“科学中的革命”，两个副标题是“宇宙新理论”、“牛顿观念的破产”（Pais；p。306…307）。1919年12月14日《柏林画报》（BerlinerIllustrierteZeitung）周刊的封面刊登了爱因斯坦的照片，并配上这样的标题说明：“世界历史上的一个新伟人：阿尔伯特·爱因斯坦，他的研究标志着我们自然观念的一次全新革命，堪与哥白尼、开普勒、牛顿比肩。”（Pais；p。308）

从广义相对论提出之后半个多世纪里人们对光线弯曲预言的检验情况来看，1919年所谓的验证在相当程度上是不合格的。但毋庸置疑的是，爱因斯坦因这次验证的公布获得了极大的荣誉。在媒体的宣传下，爱因斯坦迅速成为一个传奇人物，一个万人敬仰的英雄。1921年爱因斯坦首次访问英国，下榻在负责接待的霍尔丹勋爵在伦敦的住所，霍尔丹的女儿见到这位著名的客人来到她家时激动得晕了过去。

英雄的行为总与正确、正义等属性联系在一起。在那个世界上还没有几个人能理解广义相对论的年代，《泰晤士报》和《柏林画报》等媒体的读者们显然大多已把广义相对论当作正确的理论接受了。而事实上，如今的媒体和大多数科学史家、科学哲学家也都把1919年的日食观测当作证实了爱因斯坦理论的观测。＇11＇

第二个层面是广义相对论提出者爱因斯坦本人眼里广义相对论的正确性问题。

爱因斯坦是如何看待他的理论作出的预言和观测验证的呢？早在1914年，爱因斯坦还没有算出正确的光线偏折值，就已经以十分的自信在给贝索（Besso）的信中说：“无论日食观测成功与否，我已毫不怀疑整个理论体系的正确性（correctness）。”（Pais；p。303）

还有一个故事也广泛流传，说的是当光线弯曲预言被英国人的日食观测证实的消息传来时，爱因斯坦正在上课，一位学生问他，假如他的预言被证明是错的，他会怎么办？爱因斯坦回答说：“那么我会为亲爱的上帝觉得难过，毕竟我的理论是正确的。”（Pais；p。30）

关于广义相对论的预言和观测验证，爱因斯坦有他自己的观点。1930年爱因斯坦写道：“我认为广义相对论主要意义不在于预言了一些微弱的观测效应，而是在于它的理论基础和构造的简单性。”（Pais；p。273）在爱因斯坦看来，是广义相对论内在的简单性保证了它的“正确”性。1919年的证实确实给爱因斯坦带来了荣誉，但那是科学理论之外的事情；1919年的证实或许还让更多的人“相信”广义相对论是“正确”的，但这种证实很大程度上只是起到了“说服”的作用。

从科学史上来看，精密的数理科学的进步模式确实有着这样的规律和特点：它们往往是运用了当时已有的最高深的数学知识而构建起来的一些精致的理论模型，它们的“正确”性很大程度上由它们内在的简单性和统一性所保证。虽然它们必然会给出可供检验的预言，譬如哥白尼日心说预言了恒星周年视差，爱因斯坦广义相对论预言了光线弯曲，霍金的黑洞理论预言了霍金辐射，但不必等到这些预言被证实，那些理论就应该并已经被当做科学理论。

第三个层面是科学家和相关研究人员眼里广义相对论的正确性问题。

众所周知，爱因斯坦在1921年获得诺贝尔奖物理学奖是由于他提出的光量子理论。瑞典皇家科学院诺贝尔物理学奖委员会主席阿雷纽斯在颁奖致辞中总结爱因斯坦的主要物理学工作时提到“爱因斯坦第三方面的研究是关于普朗克在1900年所创立的量子理论的研究，他特别是为此项研究才获得诺贝尔奖。”阿雷纽斯在致辞中当然也提到了爱因斯坦的相对论工作，但他把相对论说成是“从根本上说是与认识论有关的”，“著名的哲学家柏格森（Bergson）在巴黎批评了这个理论”，并且“天体物理学界也对此理论持怀疑态度，因为相关结论目前正在受到严格的检验。”＇12＇显然在这位诺贝尔物理学奖委员会主席眼里，两年前英国人的所谓验证似乎没有发生过。

所谓天体物理学界的怀疑，可以从下面的例子可见一斑。1920年在华盛顿召开了一次天文学史或者说宇宙学史上的一次重要会议，这次会议的主要目的是为沙普利（HarlowShapley）和柯蒂斯（HeberCurtis）提供场所，为他们各自关于宇宙结构的观点展开了辩论。＇13＇这次会议在科学史上被称作“大辩论”。“大辩论”的组织者阿伯特（C。G。Abbot）拒绝把相对论当作为一个可能的会议议题，他说：“我向上帝祈祷，科学的进步会把相对论送到第四维空间之外的某个地方，它就永远不会从彼处回来折磨我们了。”＇14＇

虽然说，可以把这位阿伯特看作是反对广义相对论的极端例子。但科学史的史实是，在专业领域内，广义相对论走过了比狭义相对论更为曲折的道路。在广义相对论提出后的较长一段时期里，物理学家对广义相对论不感兴趣。正如斯蒂芬·温伯格曾指出的那样，当时在最基本的层次上研究物质的全部现代物理学，在很大程度上依靠两大支柱：一是狭义相对论，二是量子力学。也就是说，广义相对论与狭义相对论不同，它对于当时主要的研究课题如物质理论和辐射理论并不是必须的。

除了对广义相对论不感兴趣的一部分科学家之外，另外一部分对之感兴趣的，则在对广义相对论进行更严格更精密的检验。就光线弯曲预言来说，从1919年到1973年，进行了12次光学观测检验（表1）；另外从1970年到1991年又还进行了12次射电观测检验（表2）。

在爱因斯坦看来，似乎无须这些检验，早在1914年他的理论已然由内在的简单性保证其正确了；在一般大众看来，1919年的检验就已经足够证明广义相对论是正确的。那么1919年以后几十年里对光线弯曲的检验还有什么意义呢？

笔者以为，通过观测来证实某一理论，对于该理论被科学共同体接受有至关重要的作用。在理论提出者譬如爱因斯坦来说，他自信理论的正确性有内在的保证。而对于更多的其他人，他们并没有能力在深刻理解理论的基础上来判断该理论的正确性，所以只能采取“预言－证实”这样一种在其他场合也能行之有效的模式来判断理论的正确性。假如那位阿伯特能活到1991年，只要他使用科学共同体通行的科学思维和科学方法对待问题，那么他也必定承认广义相对论在万分之一的精度范围内是正确的。

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