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光經過重力場的偏折 & 瓦肯星夢碎:水星進動之謎

本次科學史沙龍討論了兩個天文學上的理論預測與觀測的結合,以愛因斯坦的兩個預測為例:1911年,愛因斯坦以廣義相對論的方程式算出了光通過太陽的偏折角度,並在八年後的日全食觀測才被證實。1915年,廣義相對論解決了水星軌道的進動問題,說明了理論物理的預測成為了天文學的重要基石。
 
 
第一講【光經過重力場的偏折】
講者:張海潮|臺灣大學數學系退休教授
 
關於光通過太陽表面是否會偏折,這個議題在科學史上一向引人注目。早先,牛頓在1704年出版的《光學》(Opticks)中提問,光經過重力場時會不會因為重力的影響而偏折?我們知道牛頓曾提出光的粒子說,只要光粒子有質量,不管大小,經過重力場時都會偏折。但是牛頓僅止於提出問題,沒有做出任何結論。
 
到了1801年,德國天文學家馮索德拿(Johann Georg von Soldner)基於牛頓的重力理論,計算出光通過太陽表面的偏折角度是0.84弧秒(1弧秒是1度的1/3600),但也僅止於計算,並未提出驗證方法。愛因斯坦在1911年發表的論文中首次利用相對論做了計算,得到光通過太陽的偏折角度:2GM/(Rc^2 ),相當0.84弧秒,與馮索德拿的結果一致。但愛因斯坦很快發現2GM/(Rc^2 )並不正確。於是他在1916年的論文中基於廣義相對論的方程式重新計算,答案是原先的兩倍:4GM/(Rc^2 ),約為1.7弧秒。在1911年那篇論文中,愛因斯坦曾建議天文學家在日全食時觀察太陽附近的星光,以驗證偏折角度。但是這項觀測直到1919年5月29日的日全食,才由英國觀測團隊達陣。
 
第二講【瓦肯星夢碎:水星進動之謎】
講者:高崇文|中原大學物理學系教授
 
水星軌道的進動點的問題困擾了天文學家好幾十年,甚至有人預測有未知的行星存在於太陽與水星之間,但是1915年愛因斯坦的廣義相對論解決了這個問題,這是理論物理的輝煌勝利,我將回顧這段歷史。
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