物理學史上的迷案:驗證愛因斯坦相對論的實驗論文造假了!

我們都知道愛因斯坦的廣義相對論已經被廣泛接受,是主流的理論。

可是當一個新的理論被提出時,其實是要經受同行的刁難和質疑的,即使是愛因斯坦也不例外,只有經受了足夠的考驗,一個理論才會被主流科學界所接受。

不過,驗證廣義相對論的實驗其實是一場百年的懸案,有造假,也有反轉,結果還很戲劇化。

光線偏折

這事還要從18世紀末說起,英國科學家卡文迪許就在一篇文章中指出,在牛頓理論體系下,光線在引力場內會發生彎曲。也就是說,當一個星星出現在太陽旁邊時,它的實際方位和我們觀察到的方位之間有會偏差。

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愛因斯坦的廣義相對論也指出了,光線經過大質量的天體會發生彎曲這件事,不過與牛頓用引力來解釋不同,愛因斯坦認為時空的扭曲源於大質量物體壓彎了時空,時空就像一個柔軟的床墊會被壓彎,光線只是沿著壓彎時空傳播,所以看起來是彎曲的。

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因為解釋的方式不同,兩個理論對於光線的彎曲程度是不一樣的。想要驗證廣義相對論其實只要測出光線彎曲的程度更近於牛頓的理論還是愛因斯坦的理論就可以了。

光線偏折實驗

愛因斯坦很希望有人能做這個實驗,他曾資助過一個科學家去做這件事情,結果碰上了一戰爆發,實驗沒做成,人倒是被關了起來。後來有個叫做愛丁頓的天文學家,他是愛因斯坦的死忠粉。1918年,他開始策劃檢驗廣義相對論的項目,他選擇在下一次日全食的時候進行觀測。

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至於原因是這樣的:首先,選在黑夜是不可能的,因為要觀測的是太陽近旁的星光偏折;其次陽光很耀眼,如果在白天觀測星光誤差會很大,而且還不一定能區分出來是星光還是陽光。

所以,日全食是最佳的選擇,因為這個時候陽光基本上都被擋在了月亮後面。

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也巧了,1919年正好會有一次沙羅序列的日全食,愛丁頓就打算在那個時候進行觀測。

當時按照愛因斯坦理論計算,光線的偏折應該是1.7 角秒,按照牛頓理論計算,光線的偏折應該是0.87角秒。所以愛丁頓他們要做的是,驗證結果更靠近哪一頭就可以了。

論文造假

愛丁頓選擇了兩個不錯的觀測點:非洲西海岸附近的小島普林西比和巴西亞馬遜叢林中的小鎮索布拉。兩支隊伍就在1919年的5月29號當天進行了觀測,並帶回了照片。

拿到照片後,愛丁頓就用當時的技術進行分析。他發現有一部分的照片整理後是0.9角秒,更接近牛頓的0.87角秒。於是,他放棄了這些照片。只選擇了一些跟愛因斯坦的1.7角秒相近的觀測數據,整理後的結果是1.6角秒。於是,愛丁頓發了一篇論文,向全世界宣佈了結果。

而那些被他放棄使用的照片,他在論文裡稱是因為拍的不夠清晰。

我們都知道按照科學研究方法,這些照片其實都應該計入到最後的結果當中。

意外收場

自從愛丁頓的論文發表後,轟動了全世界,愛因斯坦的理論就算是被驗證了的。愛因斯坦也因此成為了當時最偉大的物理學家,很多人認為他是繼牛頓之後最偉大的物理學家。

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1978年,愛因斯坦誕辰100週年,格林威治天文臺臺長拿出了當年愛丁頓的論文時,才發現這個錯誤。不過他們沒有立馬宣佈這個消息,而是重新把愛丁頓自認為偏折0.9角秒的照片進行重新的測定和分析。

萬萬沒想到,用現代的技術測出來的結果是1.55±0.34角秒,也就是說這些照片的結果也是更接近於愛因斯坦的1.7角秒。愛因斯坦的理論還是對的。

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