愛因斯坦相對論

羅方揚

自望遠鏡問世后，由于其在軍事上和天文上都有極為重要的作用，歐洲各國競相制造，相關工藝和技術也逐步成熟起來。

1781年3月，英國天文學家威廉·赫歇爾用自己磨制的望遠鏡，在雙子座內看見了一顆淡藍色的小星。持續觀察一段時間之后，赫歇爾發覺它在恒星背景上有移動。后來，法國天文學家拉普拉斯算出了它的軌道，最終確定這是太陽系里的一顆新行星。這顆星就是天王星。

很快，人們又發現一個新的問題：實際觀測到的天王星運行軌道和通過天體力學理論計算出來的軌道并不相符，二者之間總有一些偏差。人們就猜測可能在天王星附近還有一顆未知行星，其引力對天王星運行軌道產生攝動，從而讓觀測值和計算值不符，造成位置偏差。

為了發現這顆潛在的未知行星，當時有兩位科學家進行了獨立的計算，先后計算出了這顆行星的軌道，他們是英國的亞當斯和法國的勒威耶。這顆行星就是 “筆尖上的行星”——海王星。海王星的發現，讓人們更加相信牛頓萬有引力理論。

勒威耶一鼓作氣，想用同樣的方法解決水星近日點進動問題。人們很早就發現，水星每次近日點的位置都有變化，這就是近日點進動。勒威耶發現水星近日點進動的觀測值比根據牛頓定律算得的理論值每100年快38角秒﹐由此猜測這可能是一個比水星更靠近太陽的“水內行星”吸引所致，就像海王星的引力能影響天王星一樣。但是，勒威耶終其一生也沒找到這顆“水內行星”。隨后，天文學家們一直搜索到20世紀初，仍舊沒有發現這顆“水內行星”。

如果一種方法不行，那就換個思路。1916年，愛因斯坦發表了著名的廣義相對論，成功地解釋了這個問題。愛因斯坦認為并不存在所謂的“水內行星”，因為水星是最靠近太陽的行星，太陽巨大的質量扭曲了水星的反射光線，從而改變了我們看到的水星視覺位置。愛因斯坦根據自己的理論，對水星位置進行了計算，結果計算值和實際觀測值十分接近。水星近日點進動之謎的成功解釋，也成為天文學對廣義相對論的最有力的驗證之一。

在牛頓的經典物理體系里，時間和空間是絕對的，空間、時間與物體的運動狀態無關。但是，在相對論中，時空不再是絕對的，物體的質量和長度也會隨著物體運動速度而改變，大質量天體能扭曲光線。這一切，都讓當時習慣牛頓經典力學體系的人們感到不可思議。

愛因斯坦向來不修邊幅，一頭蓬松的亂發給大眾留下深刻的印象。圖中背景即為水星近日點進動現象的示意。

（責任編輯：白玉磊）