物理学史上的迷案:验证爱因斯坦相对论的实验论文造假了!

我们都知道爱因斯坦的广义相对论已经被广泛接受,是主流的理论。

可是当一个新的理论被提出时,其实是要经受同行的刁难和质疑的,即使是爱因斯坦也不例外,只有经受了足够的考验,一个理论才会被主流科学界所接受。

不过,验证广义相对论的实验其实是一场百年的悬案,有造假,也有反转,结果还很戏剧化。

光线偏折

这事还要从18世纪末说起,英国科学家卡文迪许就在一篇文章中指出,在牛顿理论体系下,光线在引力场内会发生弯曲。也就是说,当一个星星出现在太阳旁边时,它的实际方位和我们观察到的方位之间有会偏差。

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爱因斯坦的广义相对论也指出了,光线经过大质量的天体会发生弯曲这件事,不过与牛顿用引力来解释不同,爱因斯坦认为时空的扭曲源于大质量物体压弯了时空,时空就像一个柔软的床垫会被压弯,光线只是沿着压弯时空传播,所以看起来是弯曲的。

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因为解释的方式不同,两个理论对于光线的弯曲程度是不一样的。想要验证广义相对论其实只要测出光线弯曲的程度更近于牛顿的理论还是爱因斯坦的理论就可以了。

光线偏折实验

爱因斯坦很希望有人能做这个实验,他曾资助过一个科学家去做这件事情,结果碰上了一战爆发,实验没做成,人倒是被关了起来。后来有个叫做爱丁顿的天文学家,他是爱因斯坦的死忠粉。1918年,他开始策划检验广义相对论的项目,他选择在下一次日全食的时候进行观测。

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至于原因是这样的:首先,选在黑夜是不可能的,因为要观测的是太阳近旁的星光偏折;其次阳光很耀眼,如果在白天观测星光误差会很大,而且还不一定能区分出来是星光还是阳光。

所以,日全食是最佳的选择,因为这个时候阳光基本上都被挡在了月亮后面。

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也巧了,1919年正好会有一次沙罗序列的日全食,爱丁顿就打算在那个时候进行观测。

当时按照爱因斯坦理论计算,光线的偏折应该是1.7 角秒,按照牛顿理论计算,光线的偏折应该是0.87角秒。所以爱丁顿他们要做的是,验证结果更靠近哪一头就可以了。

论文造假

爱丁顿选择了两个不错的观测点:非洲西海岸附近的小岛普林西比和巴西亚马逊丛林中的小镇索布拉。两支队伍就在1919年的5月29号当天进行了观测,并带回了照片。

拿到照片后,爱丁顿就用当时的技术进行分析。他发现有一部分的照片整理后是0.9角秒,更接近牛顿的0.87角秒。于是,他放弃了这些照片。只选择了一些跟爱因斯坦的1.7角秒相近的观测数据,整理后的结果是1.6角秒。于是,爱丁顿发了一篇论文,向全世界宣布了结果。

而那些被他放弃使用的照片,他在论文里称是因为拍的不够清晰。

我们都知道按照科学研究方法,这些照片其实都应该计入到最后的结果当中。

意外收场

自从爱丁顿的论文发表后,轰动了全世界,爱因斯坦的理论就算是被验证了的。爱因斯坦也因此成为了当时最伟大的物理学家,很多人认为他是继牛顿之后最伟大的物理学家。

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1978年,爱因斯坦诞辰100周年,格林威治天文台台长拿出了当年爱丁顿的论文时,才发现这个错误。不过他们没有立马宣布这个消息,而是重新把爱丁顿自认为偏折0.9角秒的照片进行重新的测定和分析。

万万没想到,用现代的技术测出来的结果是1.55±0.34角秒,也就是说这些照片的结果也是更接近于爱因斯坦的1.7角秒。爱因斯坦的理论还是对的。

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