为什么光线在通过强引力场的时候,会发生弯折呢?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/04 08:04:18

光线在通过强引力场附近时会发生弯曲,这是广义相对论的重要预言之一。[1]然而通过直接面对大众的媒体,和一些科学文化类书籍,广义相对论光线弯曲预言的验证,往往被戏剧化、简单化和夸张地再现给观众和读者。譬如在一部艺术地再现爱因斯坦一生的法国电影《爱因斯坦》[2]中,有这样一个镜头,1919年秋季某一天在德国伯林,爱因斯坦举着一张黑乎乎的照相底片,对普朗克说:(大意)多么真实的光线弯曲啊,多么漂亮的验证啊!而一些科学类读物中的说法,譬如“爱丁顿率领着考察团,去南非看日食,真的看见了”[3]这样的描述也过于粗略,容易产生误导。 理论预言是否已经被观测证实,直接关系到该理论应否被人们接受为正确理论。因此,笔者以为,广义相对论作出光线弯曲的预言后,对该预言验证的真实历史如何,值得做一番认真的考查。并且,在此考查基础上,笔者将对广义相对论在何种意义上、在什么时候才成为正确的理论作进一步的讨论。该讨论对于如何看待科学史上其他理论的正确性问题也应该具有一定的借鉴意义。 围绕光线弯曲的预言和证实,有以下三个方面的史实容易产生混淆。在叙述验证光线弯曲预言的真实历史之前,先分别作简要澄清。 首先,光线弯曲不是广义相对论独有的预言。早在1704年,持有光微粒说的牛顿就提出,大质量物体可能会象弯曲其他有质量粒子的轨迹一样,使光线发生弯曲。一个世纪后法国天体力学家拉普拉斯独立地提出了类似的看法。1804年德国慕尼黑天文台的索德纳(Johann von Soldner,1766-1833)根据牛顿力学,把光微粒当做有质量的粒子,预言了光线经过太阳边缘时会发生0.875角秒的偏折。[4]但是在十八世纪和十九世纪里光的波动说逐渐占据上风,牛顿、索德纳等人的预言没有被认真对待。 1911年,时为布拉格大学教授的爱因斯坦才开始在他的广义相对论框架里计算太阳对光线的弯曲,当时他算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。1912年回到苏黎士的爱因斯坦发现空间是弯曲的,到1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。[5] 其次,需要观测来检验的不只是光线有没有弯曲,更重要的是光线弯曲的量到底是多大,并以此来判别哪种理论与观测数据符合得更好。这里非常关键的一个因素就是观测精度。即使观测结果否定了牛顿理论的预言,也不等于就支持了广义相对论的预言