愛因斯坦摧毀“幽靈之星”

現(xiàn)代物理學(xué)的大門被打開

1915年11月11日到18日的某一天，愛因斯坦輸入了水星的軌道參數(shù)和水星與太陽的最小距離，將光速帶入方程。當他完成了最后一步計算時，一個數(shù)字出現(xiàn)了。這個計算結(jié)果表明，一直以來天文學(xué)家們追逐的那顆在水星旁邊的、被稱為“幽靈之星”的“祝融星”并不存在。

這意味著幾百年來牛頓所建立的經(jīng)典力學(xué)大廈和整個牛頓物理體系轟然崩塌，現(xiàn)代物理學(xué)的大門被打開。

被計算出來的海王星

時間回到1684年，牛頓和他的好友哈雷（就是哈雷彗星的發(fā)現(xiàn)者）開始嘗試用一套簡潔明確的數(shù)學(xué)理論來概括宇宙間大到月球小到蘋果任何物體的基本運動規(guī)律——萬有引力定律。

1781年，天王星通過觀測被發(fā)現(xiàn)，太陽系的前7顆行星，全部是通過仰望天空尋找到的。這7顆星中，水星和天王星是“搗蛋鬼”。1845年的一次水星凌日中，法國科學(xué)家勒威耶通過牛頓的公式計算出的水星穿過太陽的時間，與觀測中實際的時間相差了16秒。無法解釋。天王星在被發(fā)現(xiàn)的幾十年間也是如此，它的運動軌跡總與計算中的結(jié)果有那么一點點的差距。有兩種可能，一是牛頓錯了，二是有什么未知的東西影響了它的運動軌跡。

不愿意相信牛頓錯了的勒威耶開始了一個大膽的設(shè)想：是否存在另外一顆行星，在天王星外面？太陽系是否不止7顆行星？于是勒威耶開始了艱難的計算，一個一個解，最后他算出，這顆星距離太陽36個天文單位，質(zhì)量是地球的36倍，直徑是3.3角秒，位于摩羯座一顆很亮的恒星東側(cè)約5度的地方。天文學(xué)家用最精確的天文望遠鏡找到了它，它從來沒有被發(fā)現(xiàn)過，它的所有數(shù)據(jù)都和計算的幾乎一樣。這是第一顆還沒有被看到就已經(jīng)被計算出來的星星，被取名為海王星。海王星的發(fā)現(xiàn)是牛頓理論的又一次勝利。

“幽靈之星”

接下來的推論順理成章：勒威耶進行了計算，于1859年提出假設(shè)：水星軌道內(nèi)尚有一顆未被人們發(fā)現(xiàn)的行星。只是因為距離太陽太近，太陽的巨大光芒遮住了它，我們很難觀測到。勒威耶以羅馬神話中火神的名字（Vulcan）為之命名（中文譯名“祝融星”）。

此后，全世界的科學(xué)家和天文愛好者們開始了尋找這顆“幽靈之星”的旅程。在20多年的時間里，陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)了“祝融星”10多回，但是從沒有確鑿的證據(jù)能證明。隨著時間的推移，人們漸漸遺忘了“祝融星”。

但愛因斯坦沒有忘記。上文提到的“兩種可能”中，如果不是因為一顆未被發(fā)現(xiàn)的行星存在，是不是有另一個大膽的猜測：牛頓錯了？愛因斯坦花了近10年光陰。在那個星期四下午，愛因斯坦向同事們展示了他的證明：考慮相對論效應(yīng)后，水星貌似“偏離”，實則遵循它的自然軌道。

一個思考者需要具備多強的能力，才可以在前人的智慧上獨自做出偉大的發(fā)現(xiàn)。認識真實的世界，不容易，改變固有的觀念，多么不容易。 （胡月/文）

《追捕祝融星：愛因斯坦

如何摧毀了一顆行星》

[美]托馬斯·利文森/著

高爽/譯

民主與建設(shè)出版社2019年11月