1919年5月29日，加勒比海上的一片陰影正創造著歷史。

　　當新月完全遮擋住太陽的時候，物理學家亞瑟·斯坦利·愛丁頓（Arthur Stanley Eddington）所帶領的一群天文學家正忙著測量被遮擋住的太陽旁顯現出星光的比之前偏移了多少。最終的觀測結果與4年前阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論中的預言精確吻合，作為“科學界的革命”登上了當年11月的《泰晤士報》的頭條。

　　何以這個觀測結果如此激動人心？當時世界的這個新科學觀點到底是如何被證明的呢？

　　光線被“掰彎”了

　　愛因斯坦在很早的時候就意識到了，光的運動也會受到引力的影響而發生彎曲

　　故事或許先要從1915年11月25日説起。當時愛因斯坦剛剛發表了一篇只有3頁的論文，標誌著一個嶄新的理論建構完成。在新的理論，即廣義相對論中，他重新審視了重力的作用。在他十年前提出的狹義相對論中，這個年僅26歲的物理學家就已經發現物體長度和某項事件持續時間的長短並不是絕對的，它取決於觀察者與物體或事件之間相對運動的速度，除此之外，他還預言了品質和能量二者可以相互轉化的關係。

　　狹義相對論只適用於勻速運動的系統。在廣義相對論中，愛因斯坦把他的想法擴展到了包括加速運動和引力在內的系統。他將時間和空間結合為一個四維彎曲的時空（spacetime），並得出引力決定時空的幾何形狀這一結論。

　　我們通過一個例子來闡明廣義相對論中最重要的部分：想像我們有一塊並不牢固的墊子，如果在上面放一個保齡球，墊子顯然會深深地陷下去。這時如果有一個玻璃球從遠處以一定的速度滾過來，當經過保齡球附近時，因為墊子的凹陷，它就不再筆直地朝著它前進的方向滾動，而在壓縮的邊角處做曲線運動。如果玻璃球速度不夠，它就會一直留在由保齡球創造的“井”中。

　　現在我們將實驗地點移到宇宙中，墊子便是時空，保齡球是太陽，而玻璃球就是行星。根據愛因斯坦的理論，並不是行星“被太陽吸引”，而是太陽的巨大品質使得時空出現了凹陷，導致行星做曲線運動。

　　愛因斯坦在很早的時候就意識到了這種現象不僅只在行星和大尺度天體運動上有所表現，光的運動也會受到引力的影響而發生彎曲。

　　“前輩們”的工作

　　早在1783年，英國牧師約翰·米切爾就根據牛頓的光粒學説，提出光也會受到引力的影響而不一直沿直線傳播

　　然而愛因斯坦絕非第一個探索大品質天體是如何影響光路的人。早在1783年，英國牧師約翰·米切爾（John Mitchell）就根據牛頓的光粒學説（宣稱光由細小的微粒組成），提出光也會受到引力的影響而不一直沿直線傳播。米切爾甚至更進一步描述了這樣一種天體，它的品質之大會讓本身發出的光落回到星球表面。這位自然哲學家口中的“大傢夥”便是我們現今稱之為黑洞的原型。

　　到了18世紀末，在沒有看到米切爾的工作的情況下，法國數學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）也獨立地描繪了這樣一種引力極強、即使光也不能逃脫的天體。拉普拉斯經過計算得出，如果我們的太陽在保有現今品質的前提下壓縮成直徑只有6km，也會變成這種天體。

　　最終在1801年，後來成為了慕尼黑天文臺負責人的約翰·格奧爾格·馮·索爾德納（Johann Georg von Soldner）發表了名為“光從大天體旁經過會受其吸引而偏離直線傳播”的文章。他計算出了當遙遠星體發出的光靠近太陽時的偏移導致星體表觀位置發生的改變，為0.875角秒，大概相當於從5公里外看一歐元硬幣的寬度。

　　然而愛因斯坦不知道慕尼黑天文學家的研究。他在1911年也一直在研究光因太陽發生偏移的問題，最終他的計算結果為0.83角秒，與索爾德納發現的數值非常相近。而後他便提議用事實檢驗自己的理論，即在日全食之日通過測量光的表觀偏離角度來驗證。

　　多次測量無果

　　科學家們一直等待驗證預言的下一次機會，如果觀測結果與理論預測相符，就意味著新理論出色地通過了第一次檢驗

　　離當時最近的一次日食于1912年發生在巴西，但是因為天氣原因整個計劃都泡湯了。1914年8月21日的日食在俄羅斯出現，但因為一戰的爆發，由埃爾溫·弗羅因德利希（Erwin Freundlich）領導的德國遠征隊被俄國人當作敵人而被逮捕拘留，威廉·坎貝爾（William Campbell）帶領的美國遠征隊則逃過一劫，但因為基輔的天空烏雲密布，所以也沒能進行有效的觀測。因此，這些測量都無果而終，當然不會讓愛因斯坦感到滿意。

　　在之後的幾年裏，愛因斯坦進一步展開對廣義相對論的研究，併發現了上文提到的引力與時空的關係，這就意味著需要對之前的計算結果進行修正。簡單來説就是將偏差的值加倍，增至1.75角秒。他在1916年5月發表于《物理年鑒》（Annalen der Physik）的“廣義相對論基礎”一文中發佈了這一結果。

　　於是科學家們就一直在等待驗證預言的下一次機會，如果觀測結果與理論預測相符，就意味著新理論出色地通過了第一次檢驗。

　　機會終於來了

　　帶領兩支遠征隊去驗證一名德國教授理論的，竟是兩名英國物理學家，要知道當時世界仍處於一戰的硝煙瀰漫中

　　1919年5月29日，機會來了。

　　天文學家們認為西屬幾內亞的普林西比島（Island of Principe）和巴西北部的索布拉爾（Sobral）便是此次觀測的最佳地點。值得注意的是，帶領兩支遠征隊去驗證一名德國教授理論的，竟是兩名英國物理學家，要知道當時世界仍處於一戰的硝煙瀰漫中。

　　在日全食發生的6個月前，天文學家們就將鏡頭對準了日食將要發生時太陽所處天空的位置。事實證明，他們的運氣還不錯，因為日食發生時在太陽在天空中的位置正好處於由很亮的恒星組成的畢星團（Hyades）附近，其中單個的恒星在太陽附近可以清晰地辨認出來，但科學家仍舊面臨著一個艱巨的任務：計算所得的1.75角秒只適用於那些在位置上緊靠太陽的恒星，在兩倍于太陽半徑的位置，角度偏差就會減至0.6角秒。要知道，對於普林西比的遠征隊所使用的望遠鏡及攝影設備來説，1角秒在底片上只有0.026mm，除此之外大氣的折射和擾動都會對觀測的精度造成影響。

　　1919年3月8日，兩支遠征隊從英國出發，分別駛向普林西比和索布拉爾。時任英國皇家天文學會會長的著名科學家亞瑟·愛丁頓（Arthur Eddington）帶領去往普林西比的科考隊並同時負責領導協調兩支隊伍。

　　日食當天，他們在一片椰子林中紮營，但天公不作美，從早晨到中午當地一直下雨，只在日食發生時，雲層才散開了幾秒鐘。他們抓緊時間拍攝了16張照片，但最後只有兩張能用。而由安德魯·克羅姆林（Andrew Crommelin）帶領的隊伍就幸運很多，他們成功拍攝到了8張闔適的照片。

　　回到英國後，愛丁頓就開始分析照片，並在同年9月于伯恩茅斯舉辦的一場學術會議的開始公佈了他們的初步結果。11月6日，克羅姆林在英國皇家學會及皇家天文學會聯合會議上發表了最終結果：其中一台望遠鏡觀察到的光線偏移為1.98±0.18角秒，另一台為1.60±0.31角秒。

　　結果發佈之後，對數據精確度的質疑之聲比比皆是。在1979年，英國皇家格林尼治天文臺對愛丁頓的底片重新進行了測量，最終結果為1.90±0.11角秒。至此，廣義相對論的第一次驗證可以説是圓滿成功。

　　 一夜成名後很想靜靜

　　愛因斯坦寫信向他的同事抱怨：“趕快讓我做點合適的工作吧，在這兒實在是可怕得讓人窒息”

　　1919年11月7月，倫敦《泰晤士報》發表了一篇題為“科學革命：新的宇宙理論推翻了牛頓的觀點”的文章。《紐約時報》也在11月10日的頭版寫到“天之光傾斜”。

　　相較于興奮過度的外國報社，德國本地的媒體對於此事則緘口不言。直到1919年12月14日，《柏林畫報》週刊的封面才刊登了愛因斯坦的照片，並配上這樣的標題：“世界歷史上的新偉人：阿爾伯特·愛因斯坦，他的研究完全顛覆了我們看待世界的方式，他的發現堪與哥白尼、開普勒、牛頓比肩。”

　　一個物理學家突然一夜成名，各種各樣的追捧也接踵而至，這著實煩透了愛因斯坦。據説他夢見一名像惡魔一樣的郵遞員，他不管你手頭有多少信件還沒有打發完，源源不斷給你送來一批又一批。他寫信向他的同事馬克斯·波恩（Max Born）抱怨説：“趕快讓我做點合適的工作吧，在這兒實在是可怕得讓人窒息。”

　　稿件來源：環球科學（《科學美國人》中文版）

　　撰文：赫爾穆特·霍爾農

　　翻譯：牛天宇

　　審校：胡家僖