100年前日全食實驗 證實愛因斯坦相對論

一百年前的今天，在第一次世界大戰之後，一位英國天文學家在一次觀測日食的紀錄中，證明了愛因斯坦廣義相對論中對宇宙中光線彎曲的論述，使愛因斯坦名揚天下，成為物理傳說。

在相對論發表的當年，大膽的新理論思想與阿爾伯特・愛因斯坦（Albert Einstein）畫上等號，他的姓氏與天才同義。但他的名字並不總能給人產生這種感覺。人們懷疑他的理論是否現實。

1919年，英國天文學家亞瑟・愛丁頓（Arthur Eddington）和他的研究小組開始尋找因大型物體重量造成光線彎曲的跡象，欲證明愛因斯坦的理論已經超過艾薩克・牛頓（Isaac Newton）的經典力學。

根據牛頓力學理論，光沒有質量，不會受到重力的影響，所以光線能夠始終保持直線運動。雖然愛因斯坦廣義相對論沒有直接與牛頓理論相悖衝突，但愛因斯坦把引力描述為時空的一種幾何屬性（曲率）。愛丁頓因此假設，如果太陽的重力可以使光線彎曲，那麼當從地球上觀察太陽附近的星星時，也能發現它們的位置已略微不同。

1919年5月29日，愛丁頓和他的團隊在西非海岸島普林西比島（Príncipe）上，觀察了長時間的日食，成功拍攝了一些接近黑暗太陽的星星。同一時間，一些天文學家也在巴西的索布拉爾鎮進行觀測。

他們使用了可移動儀器，紀錄畢宿星團（Hyades）的恆星，圖像顯示它形成了金牛座中公牛的臉。愛丁頓把這些觀察結果和先前在夜間看到的星星位置進行比較，經過多次計算，科學家們計算出畢宿星團的星光在通過地球的路徑上，經過太陽時確實發生了變化。當天在普林西比島捕捉到的恆星位置驗證了愛因斯坦的理論。

1919年的這一證明使愛因斯坦成為明星。在隨後的幾十年中，其他實驗相繼驗證了愛因斯坦相對論的理論。

愛因斯坦想到了這種可能性：一個具有足夠質量的物體的重力可以彎曲光線，而且結合數學方程式和實驗能確定光線會以相同速度傳播，這就是狹義相對論，即光速不變原理。

羅恩・考恩（Ron Cowen）在他2019年新書《重力世紀》（Gravity’s Century）中寫道，最明顯的是，調查結果發現星光極大地變化，「距離三公里遠處，相當於四分之一的角度。」

考恩認為，愛丁頓的宗教信仰貴格會（Quaker），加大了他對愛因斯坦大膽科學理論的支持。另一位作家和物理學家丹尼爾・肯尼菲克（Daniel Kennefick）則推測，愛丁頓的世界觀讓他的科學假設成功。

英國王室天文學會主席邁克・克魯斯（Mike Cruise）通過聲明表示，「一個世紀以前，天文學家證實了廣義相對論，使我們永遠改變了對宇宙的認識。愛因斯坦和愛丁頓的成果是第一次世界大戰後國際合作的一個驚人例子。」

日食

日食，每隔幾年從地球上看，月亮總能夠完全精確地遮擋整顆太陽，地球與月球的位置和大小，恰好與太陽的位置和大小重合。像火星一樣的行星就沒有這樣的運氣，例如：美國國家航空暨太空總署（NASA）的火星探測器好奇號（Curiosity），在2019年3月拍攝到的照片顯示，火星的兩顆自然衛星「火衛一」（Phobos）和「火衛二」（Deimos）分別在3月25日和3月17日發生日食，但是僅有部分遮蔽。

除了作為奇觀之外，日食也是專家們進行各種研究，像是觀察太陽日冕（太陽的外氣層）、大自然調光反應的好時機。◇