引力弯曲光线的那些事儿 | 曹则贤( 三 ) 关注风云之声提升思维层次导

如你所见，引力偏折光线所用的理论基础是朝秦暮楚的，（近似）计算过程是颠三倒四的。但是，不管这系数是基于什么样的考量得到的，由简单的量纲分析分析得来的

文章图片
这样的简单物理却永远是对的。
4.光线偏折的观测
爱丁顿爵士是相对论的拥趸。据说， 1919年11月6日当LudwikSilberstein ，一个自认也是相对论专家的人，问他是不是说过他是世界上真正懂得相对论的三人之一时，爱丁顿犹犹豫豫不肯回答。 LudwikSilberstein坚持让爱丁顿回答这个问题，并催促他不必“soshy”嘛，爱丁顿回答道：“Oh,no!Iwaswonderingwhothethirdonemightbe（呃，我不是不好意思。我就是在想那第三个会是谁啊）!”爱丁顿自认懂得相对论是有证据的，其《相对论的数学理论》一书第一版出现在1923年，《关于引力相对论的报告》出版于1918年，仅在广义相对论面世两年之后。爱丁顿这样懂相对论的宇宙学家以后不易见到了。
爱丁顿为了验证光线偏折的理论，参与组织了到非洲西海岸观测1919年5月29日日全食的探险，并拍摄了大量太阳附近天区的照片（图3）。爱丁顿爵士处理了照片得到的结果，在其《相对论的数学理论》一书第41节，爱丁顿写道根据广义相对论计算太阳附近光的偏折应为1''75 ，而1919年英国两支探险队得到的结果分别为

文章图片
和

文章图片
。呵呵，理论和实验fitverywell（符合得很好）的感觉有没有啊？一时间，英国人民，还有欧洲大陆和美洲大陆的人们，都在欢呼爱因斯坦广义相对论的伟大胜利，介绍相对论的文章铺天盖地。

文章图片
图3.爱丁顿爵士获得的1919年日全食的照片之一
5.光线真的会弯曲吗？
所谓引力场弯折光线的说法可能也过时了，它反映的是陈旧的概念体系。对于光线偏折的问题，我们还可以有另一种看法，就是重新审视''什么是直的”的这个重大问题。笔者以为，正确的观念是光线永不弯曲，光走的路径才是直线。就算按照经典力学的理解，光线走光程为极值（按说该是最短）的路径，这就是直线的定义（图4）！如果我们接受费马定理以及物理空间遵循黎曼几何这样的观念，我们就应该习惯光走的路径才是直线的观念。以笔者的理解，非极性标量的最小值是0 。光程就是非极性标量，取最小值意味着
，这就是时空中直线的定义。笔者甚至认为应该进一步地理解为，光的世界是平直的时空。
图4.光路永不弯折，只是在非均匀空间中的光路给了你光路弯折的误解
6.多余的话
引力场偏折光线的验证，首重的是光线到底是否被重力偏折了。只要这偏折足够大，且能够排除其它因素（远处恒星的光在路上遭遇了什么，不是容易弄清楚的），就足够了。至于
中的比例因子α是2还是4倒在其次了。这就像海王星的发现，验证了基于经典力学对天王星不规则轨道的诠释，至于预言的海王星的质量及其轨道有多么（不）精确，那有什么打紧。至于说到测量结果接近α=4时的计算值是验证了爱因斯坦引力理论对牛顿引力理论的胜利，持这种观点的人显然是太多情了些，爱因斯坦1911年基于相对论等价原理的结果（尽管不是基于1915年成型的广义相对论），那里也是α=2 ，与牛顿力学何干？再说了，广义相对论场方程是非线性方程，偏折角的公式是近似计算而来的结果，测量数值符合得verywell就有点儿令人起疑了。至于爱丁顿给出的1919年测量值，一直以来饱受争议。据说因为争议太大， 1979年英国又组织人重新分析数据，结论是爱丁顿的数据处理是合理的。对此，我的评论是“没有评论” 。 1919年的实验条件，类似图3那样质量的照片，要是测量准了那才叫见鬼呢！
有评论认为， “Themeasurementsaredifficult,andtheresultswerenotaccurateenoughtodecidewhichtheorywasright（测量很难，结果也不够准确到能判断哪个理论是对的）” ，这是中肯之论。但是， 1919年是第一次世界大战后的第一年，英国的科学家竟然去验证德国科学家的理论（Soldner和Einstein都是德国佬），这是多么啊那个什么的事情啊。观测精确验证了理论，是多么值得欢呼啊！