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水星軌道之謎

下面是今天的整點新聞。

主持人:「各位聽眾,愛因斯坦先生近日宣佈,他解決了困擾世人長達一百多年的水星運行軌道之謎。這一事件引起了天體物理學界的熱烈反響。不過,對我們大多數普通人而言,都還不知道什麼是水星軌道之謎。我們今天有幸請到了著名的天文學家愛丁頓先生作為嘉賓,請他來給我們簡單介紹一下這方面的相關知識。」

愛丁頓:「大家好。自從開普勒的行星運動三定律和牛頓的萬有引力定律發現後,人類已經可以精確地計算天體運行的軌道。總的說來,太陽系裡面的行星都是繞著太陽運行,運行軌道不是一個標準的圓形,而是一個橢圓。為什麼是橢圓呢?因為……」

主持人:「愛丁頓先生,可以跳過這段解釋,大多數聽眾並不需要知道理論細節。」

愛丁頓:「好,簡而言之,行星繞太陽運行的軌道不但受到太陽引力的影響,還受到太陽系中所有天體的影響,區別在於影響力有大有小。行星最終的軌道是一個橢圓形,當它運行到離太陽最近的地方,我們稱之為近日點,最遠的地方則稱為遠日點。水星是距離太陽最近的一顆行星,幾百年來,我們對水星積累了大量的觀測數據。早在一百多年前,天文學家就發現,水星的近日點位置與理論計算值有輕微差異,每個水星年的近日點居然都不在同一個位置。剛開始,人們以為是觀測精度導致的,但是隨著觀測手段越來越先進,觀測精度逐步提高,反而越來越明確了這個差異的存在,這一百年多來的觀測結果是水星的近日點已經運動了43角秒(1角秒=1/3600度)。這就很讓天文學家感到費解,於是人們就推測在水星附近還有一顆我們尚未發現的行星,這顆未知行星的引力影響了水星的運行軌道。但是,這一百多年來,我們始終未找到這顆神秘的未知行星。事實上我早就不相信有這麼一顆X行星的存在了,水星附近的空間對我來說早就像我家的後花園一樣,一草一木盡收眼底。但如果不是因為未知行星的影響,又是什麼影響了水星的軌道呢?這就是水星軌道之謎,我們學界一般稱之為『水星的近日點進動問題』。」

主持人:「謝謝愛丁頓先生。那麼最近愛因斯坦宣佈他解決了這個問題,又是怎麼回事呢?」

愛丁頓:「愛因斯坦先生認為並沒有任何東西影響了水星的軌道,原因很簡單,我們之前的理論不夠精確,用粗糙的理論自然只能計算出粗糙的結果。」

主持人:「原來是這樣。那麼愛因斯坦先生的理論又是什麼呢?」

愛丁頓:「愛因斯坦先生在10年前發表了狹義相對論,最近又發表了他的廣義相對論。說實在的,他的理論看起來非常大膽,也非常挑戰人們的想像力。愛因斯坦在10年前說運動會使時間變慢,這已經夠瘋狂的了;最近他又說引力會使時間和空間彎曲。太陽的引力很強,所以離太陽越近,時空就會被彎曲得越厲害。水星離太陽很近,尤其是在近日點的時候,因此這個時空彎曲效應產生的後果,已經達到了能夠被觀測到的程度。根據他那晦澀難懂的方程式,由他的新理論計算出來的水星近日點的位置,和觀測數據吻合得非常完美。」

主持人:「坦率地說,我無法理解什麼是時空彎曲,我相信大多數聽眾也跟我一樣無法理解,但我們現在知道愛因斯坦發明了一種新理論,修正了開普勒和牛頓的理論,可以解釋水星的進動問題,我這樣理解對嗎?」

愛丁頓:「完全正確。」

主持人:「那這麼說,愛因斯坦的新理論是正確的?」

愛丁頓:「我相信這個理論,但是也有不少反對的聲音。」

主持人:「現在有一個聽眾打電話進來,讓我們來聽聽這位聽眾的高見。」

聽眾:「我認為,雖然愛因斯坦的方程式計算出了水星的進動現象,但是,這不能證明愛因斯坦的理論就是對的,這是典型的事後諸葛亮行為,先有了大量的觀測數據,然後愛因斯坦根據這些數據湊出了一個公式而已。時空彎曲之類的鬼話誰能相信呢?請問主持人,你見過一束彎曲的光線嗎?」

主持人:「我們誰也沒有見過,謝謝這位聽眾的參與。我們今天有幸,把愛因斯坦先生也請到了我們的線上。我們不妨來聽聽愛因斯坦先生他自己是怎麼說的吧。喂,你好,是愛因斯坦先生嗎?對,您可以講了。」