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孫維新／時空扭曲一百年－遙想1919年的那次日全食
2019-05-28 23:44 聯合報 孫維新（作者為國立自然科學博物館館長）
愛因斯坦1915年提出的「廣義相對論」，受到挑戰。 圖／取自維基
日全食很壯觀，但不稀奇，平均每十八個月就可以在地球上看到日全食。但整整一百年前的今天所發生的那次日全食，意義卻大不相同，那次在白晝中短暫出現的黑夜，徹底改變了人們對宇宙時空的看法！
一九一九年五月，英國年輕傑出的天文學家，也是劍橋大學天文台台長的亞瑟．艾丁頓，帶了一個觀測團去到西非外海幾內亞灣的一個荒涼小島上，等待即將於五月二十九日發生的日全食，這個小島叫做普林西比，名字很熟悉，對，這裡曾經是我們的邦交國。
艾丁頓來此的目的，就在驗證愛因思坦一九一五年剛提出的「廣義相對論」。這個學說描述了宇宙的結構和時空的形狀，其中的驚人之語，是告訴人們太陽的巨大質量，會導致它周邊的時空扭曲，遙遠的星光經過太陽旁邊扭曲的時空，會順著時空曲率轉個彎落到地球上來，所以我們可以「看到太陽背後的星星」！
這是對傳統認知重重的一擊，光子沒有質量，怎麼會受到重力場的影響？釐清爭議的最好方法是回到大自然中去找答案，而要觀測「太陽背後的星星」，最佳的機會就是日全食。一九一九年五月，西非外海將迎來一次全食。然而一次世界大戰剛剛打完，艾丁頓是一個主張和平的貴格會成員，拒服兵役，差點在出發前被逮捕，最後幸運成行。
在那六分鐘「白晝中的黑夜」裡，艾丁頓仰首向天，助理連續拍照，搜尋那星光位置的極小變化，希望能帶給世人宇宙觀念的極大變化。即使天氣不佳、儀器失靈，輪船故障，艾丁頓終究還是帶回了幾張勉強可用的照片，經過幾個月的分析研究，他從實驗桌上抬起頭來露出笑容，愛因思坦的理論通過了考驗！
一九一九年十一月，艾丁頓走上皇家學會演講廳的講台，在牆上牛頓肖像的俯視之下，對著全廳熱切期待的科學家和媒體記者，宣布愛因思坦預測星光因時空扭曲而轉彎是對的！一夜之間，艾丁頓把愛因思坦推上了「大神」的地位。然而身在德國的愛因思坦正受著戰爭帶來的疾病和饑饉折磨，在床上幾乎不能起身，但從荷蘭轉來的英國電報，徹底地改變了愛氏的一生。
艾丁頓是一個驕傲的英國人，有回記者問艾丁頓：「聽說全世界只有三個人懂得相對論？」艾丁頓不答，陷入沉思，記者再問，艾丁頓才說：「我正在想那第三個人是誰？」
可以想像，艾丁頓當時走上講台，需要極大的勇氣，因為他所做的事，是一個受人尊敬的英國人（艾丁頓），去承認一個敵國的德國人（愛因思坦），推翻了另一個更受人尊敬的英國人（牛頓）的知識架構！但艾丁頓和愛因思坦都相信，科學應該要跨越戰爭挖出的壕溝。
時至今日，我們知道：「物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。」然而不止物質，連光線都會在扭曲的時空中順勢轉彎。有回我對小學生演講，用了最傳統的比喻：「光速很快，每秒鐘可以繞地球七圈半！」小學生舉手了：「光不是走直線嗎？為什麼會跑去繞地球？」
我多希望，有一天我能告訴孩子：「光不走直線，光走的路徑永遠是兩點間最短的距離，但在扭曲的時空中，那並不一定是條直線。」而孩子也會懂！
