美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
下面這張動圖是對行星進動的一個誇張的演示 ——
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
下面這張動圖是對行星進動的一個誇張的演示 ——
來自維基百科
事情是這個事情，但情況是行星軌道的進動通常都非常、非常小，幾乎就是無法觀測的。
話分兩頭。另一方面，天文學家早在1859年就觀測到，太陽系裡距離太陽最近的行星，水星，一直都有一個進動。
但是19世紀的天文學家已經在很大程度上解釋了水星的進動。因為水星附近還有其他行星，比如金星和地球，這些行星對水星也有引力，會干擾水星的軌道。天文學家精確計算了這些干擾，最後只剩下一點點進動，可以說是牛頓力學無法解釋的。
這一點點有多大呢？是每一百年，進動43弧秒。這是個什麼概念呢？我們知道圓周有360度，然後一度分為60弧分，然後一弧分再分成60弧秒。100年43弧秒，這是一個幾乎無法察覺到的差距。但是天文學家對自己的計算非常有把握，他們認定，這43弧秒需要一個解釋。
結果1916年，愛因斯坦做了一個計算，得出，因為廣義相對論效應導致的水星軌道的進動……正好是每100年43弧秒！
2.光線彎曲
水星進動這個證據好是好，但是老百姓不容易理解。愛因斯坦提出的第二個證據，就非常直觀了。
廣義相對論要求時空可以是彎曲的，一切物體都要沿著時空中的測地線走 —— 一切物體，其中就包括了光。如果這個地方的測地線是彎曲的，那麼光線就也會是彎曲的。比如說，如果這裡有一個大質量的星球，那麼遠方的星光經過這個星球附近的時候，就可能發生偏折。
這件事牛頓力學裡可是絕對沒有，人們一直都認為光在真空中永遠走直線。
不過如果你把牛頓引力公式和狹義相對論放在一起，其實也能預言光線的彎曲。狹義相對論說質量就是能量，反過來也可以說能量就是質量。光沒有靜止質量，但是有能量啊 —— 如果我們*強行*用光子的能量除以c²，也會得到一個光子的“運動質量”，就好像是一個有質量的物體一樣。
那既然有質量，就應該能感受到引力，牛頓引力理論就足以給它一個偏轉 —— 就好像彗星略過地球一樣。
那廣義相對論還有啥用呢？所幸的是，廣義相對論預言的光線偏轉，是“牛頓引力 + 狹義相對論”預言結果的兩倍！
這樣我們就有了三個直截了當的說法 ——
* 牛頓力學：光永遠走直線
* 牛頓引力公式 + 狹義相對論：光線會被偏轉，但偏轉的程度較小
* 廣義相對論：光線會被偏轉，而且偏轉的程度較大
所以現在只差一個觀測驗證。可是上哪找能讓光線明顯偏轉的大質量的星球呢？月亮經常跟星星在一起，但是月亮的引力太小，偏轉星光的效應看不出來，別的大質量星球都距離我們太遠。當時的天文學家唯一能指望的就是太陽。
比如說，從地球上看，太陽的背後方向有一顆星，它到地球的星光如果走直線的話會被太陽擋住，我們根本看不到。但是因為相對論效應，如果星光有一個偏轉，那我們就能看見這顆星，這不就證明了嗎？
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
下面這張動圖是對行星進動的一個誇張的演示 ——
來自維基百科
事情是這個事情，但情況是行星軌道的進動通常都非常、非常小，幾乎就是無法觀測的。
話分兩頭。另一方面，天文學家早在1859年就觀測到，太陽系裡距離太陽最近的行星，水星，一直都有一個進動。
但是19世紀的天文學家已經在很大程度上解釋了水星的進動。因為水星附近還有其他行星，比如金星和地球，這些行星對水星也有引力，會干擾水星的軌道。天文學家精確計算了這些干擾，最後只剩下一點點進動，可以說是牛頓力學無法解釋的。
這一點點有多大呢？是每一百年，進動43弧秒。這是個什麼概念呢？我們知道圓周有360度，然後一度分為60弧分，然後一弧分再分成60弧秒。100年43弧秒，這是一個幾乎無法察覺到的差距。但是天文學家對自己的計算非常有把握，他們認定，這43弧秒需要一個解釋。
結果1916年，愛因斯坦做了一個計算，得出，因為廣義相對論效應導致的水星軌道的進動……正好是每100年43弧秒！
2.光線彎曲
水星進動這個證據好是好，但是老百姓不容易理解。愛因斯坦提出的第二個證據，就非常直觀了。
廣義相對論要求時空可以是彎曲的，一切物體都要沿著時空中的測地線走 —— 一切物體，其中就包括了光。如果這個地方的測地線是彎曲的，那麼光線就也會是彎曲的。比如說，如果這裡有一個大質量的星球，那麼遠方的星光經過這個星球附近的時候，就可能發生偏折。
這件事牛頓力學裡可是絕對沒有，人們一直都認為光在真空中永遠走直線。
不過如果你把牛頓引力公式和狹義相對論放在一起，其實也能預言光線的彎曲。狹義相對論說質量就是能量，反過來也可以說能量就是質量。光沒有靜止質量，但是有能量啊 —— 如果我們*強行*用光子的能量除以c²，也會得到一個光子的“運動質量”，就好像是一個有質量的物體一樣。
那既然有質量，就應該能感受到引力，牛頓引力理論就足以給它一個偏轉 —— 就好像彗星略過地球一樣。
那廣義相對論還有啥用呢？所幸的是，廣義相對論預言的光線偏轉，是“牛頓引力 + 狹義相對論”預言結果的兩倍！
這樣我們就有了三個直截了當的說法 ——
* 牛頓力學：光永遠走直線
* 牛頓引力公式 + 狹義相對論：光線會被偏轉，但偏轉的程度較小
* 廣義相對論：光線會被偏轉，而且偏轉的程度較大
所以現在只差一個觀測驗證。可是上哪找能讓光線明顯偏轉的大質量的星球呢？月亮經常跟星星在一起，但是月亮的引力太小，偏轉星光的效應看不出來，別的大質量星球都距離我們太遠。當時的天文學家唯一能指望的就是太陽。
比如說，從地球上看，太陽的背後方向有一顆星，它到地球的星光如果走直線的話會被太陽擋住，我們根本看不到。但是因為相對論效應，如果星光有一個偏轉，那我們就能看見這顆星，這不就證明了嗎？
圖片來自 http://www.lukemastin.com/physics/topics_relativity_general.html
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
下面這張動圖是對行星進動的一個誇張的演示 ——
來自維基百科
事情是這個事情，但情況是行星軌道的進動通常都非常、非常小，幾乎就是無法觀測的。
話分兩頭。另一方面，天文學家早在1859年就觀測到，太陽系裡距離太陽最近的行星，水星，一直都有一個進動。
但是19世紀的天文學家已經在很大程度上解釋了水星的進動。因為水星附近還有其他行星，比如金星和地球，這些行星對水星也有引力，會干擾水星的軌道。天文學家精確計算了這些干擾，最後只剩下一點點進動，可以說是牛頓力學無法解釋的。
這一點點有多大呢？是每一百年，進動43弧秒。這是個什麼概念呢？我們知道圓周有360度，然後一度分為60弧分，然後一弧分再分成60弧秒。100年43弧秒，這是一個幾乎無法察覺到的差距。但是天文學家對自己的計算非常有把握，他們認定，這43弧秒需要一個解釋。
結果1916年，愛因斯坦做了一個計算，得出，因為廣義相對論效應導致的水星軌道的進動……正好是每100年43弧秒！
2.光線彎曲
水星進動這個證據好是好，但是老百姓不容易理解。愛因斯坦提出的第二個證據，就非常直觀了。
廣義相對論要求時空可以是彎曲的，一切物體都要沿著時空中的測地線走 —— 一切物體，其中就包括了光。如果這個地方的測地線是彎曲的，那麼光線就也會是彎曲的。比如說，如果這裡有一個大質量的星球，那麼遠方的星光經過這個星球附近的時候，就可能發生偏折。
這件事牛頓力學裡可是絕對沒有，人們一直都認為光在真空中永遠走直線。
不過如果你把牛頓引力公式和狹義相對論放在一起，其實也能預言光線的彎曲。狹義相對論說質量就是能量，反過來也可以說能量就是質量。光沒有靜止質量，但是有能量啊 —— 如果我們*強行*用光子的能量除以c²，也會得到一個光子的“運動質量”，就好像是一個有質量的物體一樣。
那既然有質量，就應該能感受到引力，牛頓引力理論就足以給它一個偏轉 —— 就好像彗星略過地球一樣。
那廣義相對論還有啥用呢？所幸的是，廣義相對論預言的光線偏轉，是“牛頓引力 + 狹義相對論”預言結果的兩倍！
這樣我們就有了三個直截了當的說法 ——
* 牛頓力學：光永遠走直線
* 牛頓引力公式 + 狹義相對論：光線會被偏轉，但偏轉的程度較小
* 廣義相對論：光線會被偏轉，而且偏轉的程度較大
所以現在只差一個觀測驗證。可是上哪找能讓光線明顯偏轉的大質量的星球呢？月亮經常跟星星在一起，但是月亮的引力太小，偏轉星光的效應看不出來，別的大質量星球都距離我們太遠。當時的天文學家唯一能指望的就是太陽。
比如說，從地球上看，太陽的背後方向有一顆星，它到地球的星光如果走直線的話會被太陽擋住，我們根本看不到。但是因為相對論效應，如果星光有一個偏轉，那我們就能看見這顆星，這不就證明了嗎？
圖片來自 http://www.lukemastin.com/physics/topics_relativity_general.html
圖片來自https://www.bbvaopenmind.com/en/the-eclipse-to-confirm-the-general-theory-of-relativity/
這個思路好是好，可問題在於太陽太亮，它周圍的星光都被太陽給掩蓋了。
但是天文學家想到一個極端的情況，日全食。
日全食的時候，月亮會幫我們擋住太陽光，使得我們能看見太陽周圍的星光。那如果我們事先算一算這個時候有哪些星星應該在太陽背後，你本來應該看不見，結果卻在太陽周圍看見它們了，這不就說明太陽彎曲了星光的路線嗎？
愛因斯坦1916年計算出光線彎曲的正確結果，然後1919年5月29號，就有一次日全食。那時候第一次世界大戰剛剛結束，英國天文學家愛丁頓，專門說服英國政府給了一筆經費，組織了兩個觀測團隊，一個去巴西一個去非洲，專門為了驗證廣義相對論觀測這次日食。
結果愛丁頓的團隊就真的看到了原本不該出現在太陽周圍的幾顆星 ——
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
下面這張動圖是對行星進動的一個誇張的演示 ——
來自維基百科
事情是這個事情，但情況是行星軌道的進動通常都非常、非常小，幾乎就是無法觀測的。
話分兩頭。另一方面，天文學家早在1859年就觀測到，太陽系裡距離太陽最近的行星，水星，一直都有一個進動。
但是19世紀的天文學家已經在很大程度上解釋了水星的進動。因為水星附近還有其他行星，比如金星和地球，這些行星對水星也有引力，會干擾水星的軌道。天文學家精確計算了這些干擾，最後只剩下一點點進動，可以說是牛頓力學無法解釋的。
這一點點有多大呢？是每一百年，進動43弧秒。這是個什麼概念呢？我們知道圓周有360度，然後一度分為60弧分，然後一弧分再分成60弧秒。100年43弧秒，這是一個幾乎無法察覺到的差距。但是天文學家對自己的計算非常有把握，他們認定，這43弧秒需要一個解釋。
結果1916年，愛因斯坦做了一個計算，得出，因為廣義相對論效應導致的水星軌道的進動……正好是每100年43弧秒！
2.光線彎曲
水星進動這個證據好是好，但是老百姓不容易理解。愛因斯坦提出的第二個證據，就非常直觀了。
廣義相對論要求時空可以是彎曲的，一切物體都要沿著時空中的測地線走 —— 一切物體，其中就包括了光。如果這個地方的測地線是彎曲的，那麼光線就也會是彎曲的。比如說，如果這裡有一個大質量的星球，那麼遠方的星光經過這個星球附近的時候，就可能發生偏折。
這件事牛頓力學裡可是絕對沒有，人們一直都認為光在真空中永遠走直線。
不過如果你把牛頓引力公式和狹義相對論放在一起，其實也能預言光線的彎曲。狹義相對論說質量就是能量，反過來也可以說能量就是質量。光沒有靜止質量，但是有能量啊 —— 如果我們*強行*用光子的能量除以c²，也會得到一個光子的“運動質量”，就好像是一個有質量的物體一樣。
那既然有質量，就應該能感受到引力，牛頓引力理論就足以給它一個偏轉 —— 就好像彗星略過地球一樣。
那廣義相對論還有啥用呢？所幸的是，廣義相對論預言的光線偏轉，是“牛頓引力 + 狹義相對論”預言結果的兩倍！
這樣我們就有了三個直截了當的說法 ——
* 牛頓力學：光永遠走直線
* 牛頓引力公式 + 狹義相對論：光線會被偏轉，但偏轉的程度較小
* 廣義相對論：光線會被偏轉，而且偏轉的程度較大
所以現在只差一個觀測驗證。可是上哪找能讓光線明顯偏轉的大質量的星球呢？月亮經常跟星星在一起，但是月亮的引力太小，偏轉星光的效應看不出來，別的大質量星球都距離我們太遠。當時的天文學家唯一能指望的就是太陽。
比如說，從地球上看，太陽的背後方向有一顆星，它到地球的星光如果走直線的話會被太陽擋住，我們根本看不到。但是因為相對論效應，如果星光有一個偏轉，那我們就能看見這顆星，這不就證明了嗎？
圖片來自 http://www.lukemastin.com/physics/topics_relativity_general.html
圖片來自https://www.bbvaopenmind.com/en/the-eclipse-to-confirm-the-general-theory-of-relativity/
這個思路好是好，可問題在於太陽太亮，它周圍的星光都被太陽給掩蓋了。
但是天文學家想到一個極端的情況，日全食。
日全食的時候，月亮會幫我們擋住太陽光，使得我們能看見太陽周圍的星光。那如果我們事先算一算這個時候有哪些星星應該在太陽背後，你本來應該看不見，結果卻在太陽周圍看見它們了，這不就說明太陽彎曲了星光的路線嗎？
愛因斯坦1916年計算出光線彎曲的正確結果，然後1919年5月29號，就有一次日全食。那時候第一次世界大戰剛剛結束，英國天文學家愛丁頓，專門說服英國政府給了一筆經費，組織了兩個觀測團隊，一個去巴西一個去非洲，專門為了驗證廣義相對論觀測這次日食。
結果愛丁頓的團隊就真的看到了原本不該出現在太陽周圍的幾顆星 ——
美國物理學家約翰·惠勒是費曼的博士導師，也是“黑洞”這個概念的提出者。惠勒曾經對量子力學有這麼一個評論 —— 我們接觸量子力學的感覺，就好像是一個從邊遠地區來的人第一次看見汽車。他會覺得汽車這個東西顯然是有用的，而且肯定有重要的用處，可到底是什麼用處呢？
我猜你第一次聽說廣義相對論也會有同樣的感覺。廣義相對論的思想跟牛頓引力公式是如此的不一樣，這個理論是如此的精妙，它肯定有深刻的內涵，可到底是什麼內涵呢？要知道就算你要登陸火星，牛頓力學也足夠精確了。
愛因斯坦在1915年發表了廣義相對論。這時候物理學家們已經普遍承認相對論的價值，但是愛因斯坦在公眾眼中並沒有什麼聲望。愛因斯坦就好像是一個互聯網圈的創業者，每個瞭解他的人都承認他的想法是顛覆性的，能“改變世界”，但是沒人知道他的公司應該有多大的估值，他還從來沒在市場上賺到過錢。
不過愛因斯坦不用等太久。1916年，愛因斯坦提出，有三件事，能證明廣義相對論是對的，牛頓力學是不那麼對的。咱們先說其中兩件。
1.水星進動
我們知道行星都在繞著太陽公轉。如果你還記得高中物理，你應該知道行星公轉的軌道通常不是標準的圓形，而是橢圓。橢圓有個長軸有個短軸，太陽在橢圓的一個焦點上。行星們就這麼兢兢業業地、年復一年地沿著自己的橢圓軌道運動。
圖片來自 www.phys.ncku.edu.tw
牛頓力學告訴我們，相對於太陽，這些橢圓軌道的位置是固定的。
按天文的標準，我們這個太陽的質量不算太大，整個太陽系內部的引力都不算太強。而只要引力不是特別強，廣義相對論的計算結果跟牛頓力學都高度吻合，也是一樣的橢圓軌道。但是廣義相對論有個很微妙的性質 —— 用廣義相對論算出來的橢圓軌道，並不是真正閉合的。
也就是說，行星公轉一圈之後並不是恰好回到原來的出發點，會有一個小小的偏移！表現出來，就是橢圓軌道並不是完全固定的，每一圈都跟前一圈有個小小的差別。橢圓的長軸，會有一個慢慢的轉動 —— 物理學家稱之為“進動”。
下面圖中紅色橢圓代表牛頓力學計算出的行星軌道，藍色的線代表有進動的行星軌道 ——
下面這張動圖是對行星進動的一個誇張的演示 ——
來自維基百科
事情是這個事情，但情況是行星軌道的進動通常都非常、非常小，幾乎就是無法觀測的。
話分兩頭。另一方面，天文學家早在1859年就觀測到，太陽系裡距離太陽最近的行星，水星，一直都有一個進動。
但是19世紀的天文學家已經在很大程度上解釋了水星的進動。因為水星附近還有其他行星，比如金星和地球，這些行星對水星也有引力，會干擾水星的軌道。天文學家精確計算了這些干擾，最後只剩下一點點進動，可以說是牛頓力學無法解釋的。
這一點點有多大呢？是每一百年，進動43弧秒。這是個什麼概念呢？我們知道圓周有360度，然後一度分為60弧分，然後一弧分再分成60弧秒。100年43弧秒，這是一個幾乎無法察覺到的差距。但是天文學家對自己的計算非常有把握，他們認定，這43弧秒需要一個解釋。
結果1916年，愛因斯坦做了一個計算，得出，因為廣義相對論效應導致的水星軌道的進動……正好是每100年43弧秒！
2.光線彎曲
水星進動這個證據好是好，但是老百姓不容易理解。愛因斯坦提出的第二個證據，就非常直觀了。
廣義相對論要求時空可以是彎曲的，一切物體都要沿著時空中的測地線走 —— 一切物體，其中就包括了光。如果這個地方的測地線是彎曲的，那麼光線就也會是彎曲的。比如說，如果這裡有一個大質量的星球，那麼遠方的星光經過這個星球附近的時候，就可能發生偏折。
這件事牛頓力學裡可是絕對沒有，人們一直都認為光在真空中永遠走直線。
不過如果你把牛頓引力公式和狹義相對論放在一起，其實也能預言光線的彎曲。狹義相對論說質量就是能量，反過來也可以說能量就是質量。光沒有靜止質量，但是有能量啊 —— 如果我們*強行*用光子的能量除以c²，也會得到一個光子的“運動質量”，就好像是一個有質量的物體一樣。
那既然有質量，就應該能感受到引力，牛頓引力理論就足以給它一個偏轉 —— 就好像彗星略過地球一樣。
那廣義相對論還有啥用呢？所幸的是，廣義相對論預言的光線偏轉，是“牛頓引力 + 狹義相對論”預言結果的兩倍！
這樣我們就有了三個直截了當的說法 ——
* 牛頓力學：光永遠走直線
* 牛頓引力公式 + 狹義相對論：光線會被偏轉，但偏轉的程度較小
* 廣義相對論：光線會被偏轉，而且偏轉的程度較大
所以現在只差一個觀測驗證。可是上哪找能讓光線明顯偏轉的大質量的星球呢？月亮經常跟星星在一起，但是月亮的引力太小，偏轉星光的效應看不出來，別的大質量星球都距離我們太遠。當時的天文學家唯一能指望的就是太陽。
比如說，從地球上看，太陽的背後方向有一顆星，它到地球的星光如果走直線的話會被太陽擋住，我們根本看不到。但是因為相對論效應，如果星光有一個偏轉，那我們就能看見這顆星，這不就證明了嗎？
圖片來自 http://www.lukemastin.com/physics/topics_relativity_general.html
圖片來自https://www.bbvaopenmind.com/en/the-eclipse-to-confirm-the-general-theory-of-relativity/
這個思路好是好，可問題在於太陽太亮，它周圍的星光都被太陽給掩蓋了。
但是天文學家想到一個極端的情況，日全食。
日全食的時候，月亮會幫我們擋住太陽光，使得我們能看見太陽周圍的星光。那如果我們事先算一算這個時候有哪些星星應該在太陽背後，你本來應該看不見，結果卻在太陽周圍看見它們了，這不就說明太陽彎曲了星光的路線嗎？
愛因斯坦1916年計算出光線彎曲的正確結果，然後1919年5月29號，就有一次日全食。那時候第一次世界大戰剛剛結束，英國天文學家愛丁頓，專門說服英國政府給了一筆經費，組織了兩個觀測團隊，一個去巴西一個去非洲，專門為了驗證廣義相對論觀測這次日食。
結果愛丁頓的團隊就真的看到了原本不該出現在太陽周圍的幾顆星 ——
愛丁頓在皇家科學院宣讀了觀測結果，證明是廣義相對論說得對。英國泰晤士報的報道用了個通欄標題 —— 《科學革命 —— 關於宇宙的新理論 —— 牛頓思想被推翻！》
愛因斯坦一夜成名。
3.愛因斯坦的運氣
咱們現在考察廣義相對論被世界接受的這段歷史，你不能不承認，愛因斯坦的運氣實在是太好了。
首先是這次日全食。愛因斯坦的計算結果剛出來三年，就趕上了日全食。我特意查了一下，地球上下一次有日全食得等到1937年6月8日。愛因斯坦動作稍慢一點，或者愛丁頓未能促成這次觀測，相對論搞不好就得再等18年才能被人接受。
而這一次日全食發生的時候，太陽周圍正好是畢宿星團的星星 —— 這個星團特別亮！再等下一次，還沒有這麼強的星光讓你容易測到。
更巧的是，愛丁頓選擇的這兩個觀測地點，在日食發生前後都是陰雨天氣。巴西那個地方在日食當天早上還是多雲，可是在日食發生前一分鐘，天空中太陽那個位置的雲居然散開了，給天文學家開了一小片晴天。非洲那個地方也是有云，也是恰好在日食期間讓太陽露出來一小會兒。
愛因斯坦要是個中國人，他也許會說一句“天助我也”。
而且人和也很重要。如果愛因斯坦是個注重聲望的人，他除了感謝愛丁頓還應該感謝泰晤士報。“牛頓被推翻”這個標題直接把愛因斯坦送上了牛頓之後最偉大的科學家的位置。如果咱們“得到”報道這次科學發現，肯定不會用這個充滿民科味道的標題，最起碼應該用《光線可以被引力彎曲！》
我曾經聽後來的人分析，愛因斯坦之所以能在短時間內從“世界上最了不起的物理學家”變成“世界偉人”，跟他1921年訪問美國的旅程關係很大。美國媒體和老百姓都非常喜歡愛因斯坦……不過那時候他們並不怎麼了解一般的科學家都什麼樣。
不論如何，愛因斯坦配得上所有這些幸運和榮譽。但我還是想說，愛因斯坦最大的幸運，是他生在了那個時代的歐洲。
天文學家之所以能在1856年（大清咸豐六年）發現水星進動，是使用了從1697年（大清康熙三十六年）到1848年一百五十年的水星活動記錄。這個發現非常非常不容易，你要知道水星的軌道幾乎就是一個圓形，並不怎麼“橢”，那些古代的天文學家首先得準確判斷這個橢圓的長軸在哪裡，然後還得記錄這個長軸的變化。
然後他們還能精確計算金星和地球引力對水星軌道的影響，最後得出一個非常非常小，但是無比堅定的，跟牛頓力學的差異。而且那時候可沒有什麼計算機。
想想相對論的歷史，你肯定會感嘆“愛因斯坦不可能這麼幸運！”但是別忘了精英日課以前說過，幸運是這個宇宙的通行證。
現在廣義相對論既然被接受了，咱們下一講不管講到它的什麼離奇的推論，你都得接受。
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