水星轨道之谜
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下面是今天的整点新闻。
主持人:“各位听众,爱因斯坦先生近日宣布,他解决了困扰世人长达一百多年的水星运行轨道之谜。这一事件引起了天体物理学界的热烈反响。不过,对我们大多数普通人而言,都还不知道什么是水星轨道之谜。我们今天有幸请到了著名的天文学家爱丁顿先生作为嘉宾,请他来给我们简单介绍一下这方面的相关知识。”
爱丁顿:“大家好。自从开普勒的行星运动三定律和牛顿的万有引力定律发现后,人类已经可以精确地计算天体运行的轨道。总的说来,太阳系里面的行星都是绕着太阳运行,运行轨道不是一个标准的圆形,而是一个椭圆。为什么是椭圆呢?因为……”
主持人:“爱丁顿先生,可以跳过这段解释,大多数听众并不需要知道理论细节。”
爱丁顿:“好,简而言之,行星绕太阳运行的轨道不但受到太阳引力的影响,还受到太阳系中所有天体的影响,区别在于影响力有大有小。行星最终的轨道是一个椭圆形,当它运行到离太阳最近的地方,我们称之为近日点,最远的地方则称为远日点。水星是距离太阳最近的一颗行星,几百年来,我们对水星积累了大量的观测数据。早在一百多年前,天文学家就发现,水星的近日点位置与理论计算值有轻微差异,每个水星年的近日点居然都不在同一个位置。刚开始,人们以为是观测精度导致的,但是随着观测手段越来越先进,观测精度逐步提高,反而越来越明确了这个差异的存在,这一百年多来的观测结果是水星的近日点已经运动了43角秒(1角秒=1/3600度)。这就很让天文学家感到费解,于是人们就推测在水星附近还有一颗我们尚未发现的行星,这颗未知行星的引力影响了水星的运行轨道。但是,这一百多年来,我们始终未找到这颗神秘的未知行星。事实上我早就不相信有这么一颗X行星的存在了,水星附近的空间对我来说早就像我家的后花园一样,一草一木尽收眼底。但如果不是因为未知行星的影响,又是什么影响了水星的轨道呢?这就是水星轨道之谜,我们学界一般称之为‘水星的近日点进动问题’。”
主持人:“谢谢爱丁顿先生。那么最近爱因斯坦宣布他解决了这个问题,又是怎么回事呢?”
爱丁顿:“爱因斯坦先生认为并没有任何东西影响了水星的轨道,原因很简单,我们之前的理论不够精确,用粗糙的理论自然只能计算出粗糙的结果。”
主持人:“原来是这样。那么爱因斯坦先生的理论又是什么呢?”
爱丁顿:“爱因斯坦先生在10年前发表了狭义相对论,最近又发表了他的广义相对论。说实在的,他的理论看起来非常大胆,也非常挑战人们的想象力。爱因斯坦在10年前说运动会使时间变慢,这已经够疯狂的了;最近他又说引力会使时间和空间弯曲。太阳的引力很强,所以离太阳越近,时空就会被弯曲得越厉害。水星离太阳很近,尤其是在近日点的时候,因此这个时空弯曲效应产生的后果,已经达到了能够被观测到的程度。根据他那晦涩难懂的方程式,由他的新理论计算出来的水星近日点的位置,和观测数据吻合得非常完美。”
主持人:“坦率地说,我无法理解什么是时空弯曲,我相信大多数听众也跟我一样无法理解,但我们现在知道爱因斯坦发明了一种新理论,修正了开普勒和牛顿的理论,可以解释水星的进动问题,我这样理解对吗?”
爱丁顿:“完全正确。”
主持人:“那这么说,爱因斯坦的新理论是正确的?”
爱丁顿:“我相信这个理论,但是也有不少反对的声音。”
主持人:“现在有一个听众打电话进来,让我们来听听这位听众的高见。”
听众:“我认为,虽然爱因斯坦的方程式计算出了水星的进动现象,但是,这不能证明爱因斯坦的理论就是对的,这是典型的事后诸葛亮行为,先有了大量的观测数据,然后爱因斯坦根据这些数据凑出了一个公式而已。时空弯曲之类的鬼话谁能相信呢?请问主持人,你见过一束弯曲的光线吗?”
主持人:“我们谁也没有见过,谢谢这位听众的参与。我们今天有幸,把爱因斯坦先生也请到了我们的线上。我们不妨来听听爱因斯坦先生他自己是怎么说的吧。喂,你好,是爱因斯坦先生吗?对,您可以讲了。”