相对论的实证之旅

年轻时的爱因斯坦。资料图片

　　物理学历史上，有几位泰山北斗级科学家，阿尔伯特·爱因斯坦就是其中之一。可以说，“爱因斯坦”和“相对论”就是20世纪的“世纪热词”。

　　和很多具有颠覆意义的发明发现不同，相对论在诞生之初，非但没有得到足够的肯定与大众的追捧，而是广受质疑。

　　1905年，爱因斯坦发表了题为《论动体的电动力学》的文章，介绍了狭义相对论。他首次突破了牛顿力学的时空观念，基于狭义相对性原理和光速不变原理提出了一种全新的时空观。1915年11月，爱因斯坦又提出了广义相对论，描述了物质间引力相互作用，把引力场等效成时空的弯曲。

　　由于受传统时空观的束缚，爱因斯坦的相对论发表以后，不但没得到应有的重视，反而招来很多人的反对。就连曾经在相对论门口徘徊的数学物理学家庞加莱，也对这一理论持否定态度。在爱因斯坦因相对论而获诺贝尔奖提名的时候，诺贝尔医学奖获得者古尔斯特兰德甚至写下了长达50页的反对报告。诺贝尔奖委员会也持相对谨慎的态度。1921年，爱因斯坦终于获得诺贝尔奖，理由是“他对物理学的贡献，特别是光电效应定律的发现”。

　　构筑新的物理学大厦，相对论是基石;而对相对论进行实证，则是“基石的基石”。1915年，爱因斯坦在《用广义相对论解释水星近日点运动》一文中，计算了水星近日点的剩余进动，其计算结果与观测值十分接近，一举解决了困惑物理学界多年、根据牛顿万有引力定律始终难以解释的水星近日点进动值与观测值的分歧问题，成为广义相对论最有力的验证之一。

　　尽管“曲高和寡”、拥趸者寥寥可数，但是这些“粉丝”非常给力。1919年，英国天文学家组织了一个日食观测队，走上了对相对论的实证之旅。他们前往接近赤道的普林西比岛观测日食，并拍下了恒星的照片。爱因斯坦的相对论认为，当恒星的光非常接近太阳时，会因为太阳的巨大质量而产生时空弯曲，而这种恒星光线的偏离是可以测量的。日食观测队的观测结果近乎完美地验证了爱因斯坦的预言。1919年11月7日，伦敦《泰晤士报》发表头版头条：“牛顿的思想被推翻”，爱因斯坦从此声名鹊起。

　　100多年以来，相对论作为具有划时代意义的现代物理学理论，改变着人类世界的面貌，现在很多高科技都与相对论有关，导航、卫星、原子能，甚至于计算机领域。随着人类对未知世界探索的深入，相对论在爱因斯坦逝世多年以后，仍旧不断收获着来自实证方面的支持。

　　按照广义相对论的推导，某些大质量恒星会终结为一个黑洞——时空中某些区域发生极度的扭曲以至于连光都无法逸出。而这一预言直到近年才得到证实。2018年7月26日，欧洲南方天文台宣布，他们观测到一颗快速移动的恒星正在靠近银河系中心黑洞，这个超大质量的黑洞扭曲了恒星S2的光波，再次表明爱因斯坦是对的。

　　引力波的存在也是广义相对论预测的杰作。2015年9月14日，人类第一次直接探测到来自13亿光年之外的引力波。2016年6月16日，第二个引力波信号又被人类探测到。此后，世界各国掀起了一股探测引力波的新热潮，我国也启动了三个大型引力波探测项目。从1915年预言引力波的存在，到2015年首次探测到引力波，整整跨越了100年。

　　过去一个多世纪以来，相对论一次又一次经受住了实证的检验。然而，这并不是完成时，而是进行时。这也在告诉我们：追求真理，是一条永无止境的路。