大家還記得去年8月在美國可以看到的日蝕嗎？日蝕除了是罕有的天文現象外，也是一個很難得的機會去進行一些特別的實驗。今天就跟各位討論日蝕與測試愛因斯坦理論的關係；在經歷過「日蝕的試煉」後，愛因斯坦的理論才得到廣泛的接納。
水星軌跡奇怪 牛頓理論無解
今次涉及的，是愛因斯坦描述萬有引力的理論：廣義相對論。很久以前也跟大家提過，19世紀的人們發現，牛頓的萬有引力理論所描述的水星軌跡，跟現實並不相符。
起初大家懷疑，這是否代表在水星跟太陽之間，有一個還沒有被發現的新行星？它的質量影響了水星的軌跡，以致牛頓的理論看上來好像錯了。
當時，這個猜想得到了不少的關注：天文學家認真地推算這個新行星的軌跡，期望在夜空中找到它；甚至已經替它改了個名字：火神星（Vulcan）。現在看來，這個舉動好像有點兒衝動了。
不過，牛頓的理論在之前的百多年一直十分成功，得到了大家的信任；而且在不久之前，天文學家利用一樣的思路發現了海王星，因此這個想法應該值得信賴。只是在多番努力下，這個「火神星」還是無影無蹤；看來它可能根本不存在。
質量扭曲空間 影響物品活動
然而「沒有了」火神星，我們又怎麽解釋水星的軌跡？愛因斯坦嘗試了另外一個方向：修改萬有引力的理論，因而提出了他的廣義相對論。
他這個理論在理念上跟大家熟悉的很不一樣：愛因斯坦提出質量跟能量會扭曲空間，從而影響其他物品的活動。
愛因斯坦的這個理論，能夠成功地描述水星的軌跡，不過從科學的角度來看，還是不足夠去取信於其他科學家：水星的軌跡是一早已知的事實，而要創建一個解釋已知事實的理論相對容易；廣義相對論需要預測一個新的現象，再證明現實與這個預測一致。
太陽質量太大 扭曲路過星光
廣義相對論有什麽新的預測？在這個理論裡，空間會被質量跟能量扭曲；光線因此也會以曲線的方式移動。不過要有顯著的效果，相關的質量或能量必須十分龐大。太陽正好就是太陽系中質量最大的東西：遙遠的星光在太陽旁邊經過的時候，應該會被太陽影響而彎曲；如果我們比較太陽在旁邊及太陽不在的時候，應該會發現同一顆星星的位置看起來會有所不同。
不過「太陽在旁邊的時候」，也就是白晝吧？要在這個時間觀看星光，看來不是十分方便。英國科學家愛丁頓（Arthur Eddington）善用了1919年的日全蝕，跟他的團隊遠赴非洲西岸，以求在沒有太陽光的騷擾下，量度太陽附近星星的位置。
愛丁頓其後再與「太陽不在」時星星的位置比較，成功量度到星光受太陽影響而彎曲的幅度，與廣義相對論預測的數值一致。
小結
今天的故事，希望能為大家展示科學的精神：我們「絞盡腦汁」，務求能夠理解身邊的各種現象，提出解釋；不過任何解釋都需要進一步驗證，才可以被我們接受。■張文彥 香港大學土木及結構工程學士
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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