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【世說星語】「看見」愛因斯坦的廣義相對論

【世說星語】「看見」愛因斯坦的廣義相對論

 

1919年的今天(5/29),一場發生在西非附近普林西比小島上的日全食,讓人們首次得以透過觀測〝看見〞愛因斯坦的廣義相對論。

阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein,1879-1955),與「天才」一詞互為同義詞的偉大物理學家,他在1915年正式發表了「廣義相對論」,提出許多關於宇宙結構及時空物理現象的推論和預言,有部分創新的思維和論點更直接挑戰了17世紀的物理巨擘─艾薩克·牛頓( Isaac Newton,1643-1727)的古典力學理論,在當時曾引起廣泛的討論和質疑。

廣義相對論中的一個重要論點,是愛因斯坦認為「重力可以扭曲時空」─物體的質量愈大,重力效應愈明顯,時空就扭曲得愈嚴重!!古典力學認為光是直線前進的,而愛因斯坦提出光線在經過一個大質量物體的重力場時,會朝向物體發生彎曲;他並推算出光線經過太陽時可能偏折的角度,只是這需要某個特定的時機才能進行驗證,因為太陽本身存在的亮度讓人們無法同時對於其他天體進行觀測;而這個最佳時機就在1919年5月29日這天,一場預期將會發生的日全食。

英國天文學家亞瑟·愛丁頓(Arthur Stanley Eddington,1882-1944)率隊在非洲普林西比島(另支觀測隊伍在巴西索布拉爾),計劃利用全食時刻陽光減弱的難得機會,對太陽附近的星星進行觀測拍攝。這次的觀測結果發現太陽附近的星星其視位置產生了變化,一切就如同廣義相對論中所提到太陽的重力會使光線產生彎曲的預言。

愛丁頓的觀測證實了愛因斯坦的理論,這一重大驗證隨後也為全球媒體競相報導,推升了科學界對於愛因斯坦其他相關理論的關注。但天才仍注定是孤獨的,愛因斯坦在1921年因光電效應的研究,獲得諾貝爾物理學獎的殊榮,但其實在得獎公告中對於廣義相對論是隻字未提,因為這套理論在當代仍是充滿爭議。

1919日全食

圖片說明:愛丁頓拍攝的1919年日全食  / 圖片來源:Wikimedia

愛因斯坦手稿

圖片說明:愛因斯坦解釋廣義相對論的手稿  / 圖片來源:Wikimedia

黑洞光線扭曲

圖片說明:模擬背景銀河在經過十倍太陽質量黑洞下所觀測到的光線扭曲

圖片來源:Commons Wikimedia / Ute Kraus, Physics education group Kraus, Universität Hildesheim, Space Time Travel,

                  (background image of the milky way: Axel Mellinger) - Gallery of Space Time Travel, CC BY-SA 2.5


 


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