孫維新∕時空扭曲一百年-遙想1919年的那次日全食

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名人堂電子報
2019/05/30 第1701期 | 訂閱/退訂 | 看歷史報份
 

名人觀點

孫維新∕時空扭曲一百年-遙想1919年的那次日全食
孫維新聯合報
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日全食很壯觀,但不稀奇,平均每十八個月就可以在地球上看到日全食。但整整一百年前的今天所發生的那次日全食,意義卻大不相同,那次在白晝中短暫出現的黑夜,徹底改變了人們對宇宙時空的看法!

一九一九年五月,英國年輕傑出的天文學家,也是劍橋大學天文台台長的亞瑟.艾丁頓,帶了一個觀測團去到西非外海幾內亞灣的一個荒涼小島上,等待即將於五月二十九日發生的日全食,這個小島叫做普林西比,名字很熟悉,對,這裡曾經是我們的邦交國。

艾丁頓來此的目的,就在驗證愛因思坦一九一五年剛提出的「廣義相對論」。這個學說描述了宇宙的結構和時空的形狀,其中的驚人之語,是告訴人們太陽的巨大質量,會導致它周邊的時空扭曲,遙遠的星光經過太陽旁邊扭曲的時空,會順著時空曲率轉個彎落到地球上來,所以我們可以「看到太陽背後的星星」!

這是對傳統認知重重的一擊,光子沒有質量,怎麼會受到重力場的影響?釐清爭議的最好方法是回到大自然中去找答案,而要觀測「太陽背後的星星」,最佳的機會就是日全食。一九一九年五月,西非外海將迎來一次全食。然而一次世界大戰剛剛打完,艾丁頓是一個主張和平的貴格會成員,拒服兵役,差點在出發前被逮捕,最後幸運成行。

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在那六分鐘「白晝中的黑夜」裡,艾丁頓仰首向天,助理連續拍照,搜尋那星光位置的極小變化,希望能帶給世人宇宙觀念的極大變化。即使天氣不佳、儀器失靈,輪船故障,艾丁頓終究還是帶回了幾張勉強可用的照片,經過幾個月的分析研究,他從實驗桌上抬起頭來露出笑容,愛因思坦的理論通過了考驗!

一九一九年十一月,艾丁頓走上皇家學會演講廳的講台,在牆上牛頓肖像的俯視之下,對著全廳熱切期待的科學家和媒體記者,宣布愛因思坦預測星光因時空扭曲而轉彎是對的!一夜之間,艾丁頓把愛因思坦推上了「大神」的地位。然而身在德國的愛因思坦正受著戰爭帶來的疾病和饑饉折磨,在床上幾乎不能起身,但從荷蘭轉來的英國電報,徹底地改變了愛氏的一生。

艾丁頓是一個驕傲的英國人,有回記者問艾丁頓:「聽說全世界只有三個人懂得相對論?」艾丁頓不答,陷入沉思,記者再問,艾丁頓才說:「我正在想那第三個人是誰?」

可以想像,艾丁頓當時走上講台,需要極大的勇氣,因為他所做的事,是一個受人尊敬的英國人(艾丁頓),去承認一個敵國的德國人(愛因思坦),推翻了另一個更受人尊敬的英國人(牛頓)的知識架構!但艾丁頓和愛因思坦都相信,科學應該要跨越戰爭挖出的壕溝。

時至今日,我們知道:「物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。」然而不止物質,連光線都會在扭曲的時空中順勢轉彎。有回我對小學生演講,用了最傳統的比喻:「光速很快,每秒鐘可以繞地球七圈半!」小學生舉手了:「光不是走直線嗎?為什麼會跑去繞地球?」

我多希望,有一天我能告訴孩子:「光不走直線,光走的路徑永遠是兩點間最短的距離,但在扭曲的時空中,那並不一定是條直線。」而孩子也會懂!(作者為國立自然科學博物館館長)

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