祝融星消失的第104年：只有关注科学，才知道打破固有观念有多难

　　1915年11月的一天，爱因斯坦正在对水星的运行轨道进行最后的计算，当正确的答案出现的时候，爱因斯坦那一颗强健的科学家心脏发生了一次真正的心悸，那是发自于胸腔深处的战栗，是多年来独自在黑暗中前行，自信与担忧不停交替着，终于拨云见日的喜悦。

　　一个星期之后，爱因斯坦在普鲁士科学院展示他的科学成果，他忍着内心的悸动，用近乎平静的语气向听说：

　　每过一个世纪，其近日点会进动43角秒，而天文学家们实际的观测值比用牛顿力学计算的理论值多（45±5）角秒，且天文学家无法用牛顿理论解释这个结果。因此这一新理论与观测结果完全一致。

　　至此，宇宙中不再需要借助祝融星才能解释水星的轨道了。

　　祝融星的消失意味着科学正式进入了广义相对论时代。

　　人类的文明离不开科学发展的历史，但科学史作为一门学科，是一个极为宏大的题材，无法通过一篇文章来窥其全貌，但祝融星的故事无疑是一个切口，告诉我们在科学的发展历程中，打破固有观念到底是多么的艰难。

　　《追捕祝融星》的作者是美国麻省理工学院研究生科学与写作项目教授和主任托拉斯·利文森，作为一名专业学者，托拉斯·利文森不仅学识丰富，文笔也颇佳，曾为美国公共广播公司，英国广播公司和其他媒体大量撰稿，并多次获奖。在《追捕祝融星》中，托拉斯·利文森用讲故事的口吻为我们讲述了一个独一无二的科学故事。

　　一、从牛顿的力学说起

　　“牛顿是有史以来最伟大的天才，也是最幸运的一个。因为我们无法再为世界中找到别的体系了。”——摘自《追捕祝融星》

　　自行星运动的正圆形轨道被打破之后，科学家们开始关注这样的一个问题：行星为什么总是绕太阳做封闭曲线运动，而不是做直线运动远离太阳呢？

　　针对这个问题，艾德蒙哈雷对天体进行了分析，通过计算，他得出了这样一个 结论：力的大小与它们与太阳的距离的平方成反比。

　　但这仅仅是一个数学表达，无法解释所有能观测到的行星的运动轨道。

　　就在这个时候，罗伯特胡克宣称他得出了平方反比定律，但是，两个月过去了，胡克也没能提供书面的证明。

　　带着疑惑，天文学家哈雷在拜访牛顿的时候向他提起了这个困扰科学界已久的问题：“假设行星只想太阳的引力与它到太阳的距离的平方承反比，那么行星的轨道曲线会是什么形状？”

　　出乎哈雷意料之外的是，牛顿几乎是不假思索的脱口而出：“椭圆”。

　　其实，这个结果早在几年前牛顿就仔细的计算过，但与哈雷的一番谈话让他认为原先的计算或许有错误，所以牛顿谎称自己找不到计算笔记了，一直到当年的11月，牛顿才将重新计算过的长达9页的数学推导《论物体在轨道上的运动》寄给了哈雷。

　　这就是著名的“牛顿万有引力”定律。

　　一个新的定律的提出遭受质疑是免不了的，“万有引力定律”也不例外，有人向牛顿提问到：“万有引力可以用于描述之前没发现过的天体运动吗？”

　　这些质疑并没有持续多久，牛顿就用力与运动的数学模型，完美的计算出了彗星的轨道——抛物线。

　　牛顿病逝之后，许多的科学家开始通过自己的数学技巧证明牛顿引力理论的正确性，比如数学家拉普拉斯就通过自己精湛的数学技巧建立了一个能够细致描述世间万物运动的体系，完成了牛顿引力理论奠基的工作。

　　但要说牛顿理论的捍卫者，最有名的还是发现了海王星的天文学家勒威耶。

　　作为海王星的发现者，勒威耶视牛顿的引力理论为金科玉律，当然持有这个观点的也并不是勒威耶一个人，在那个年代，几乎所有的人都视引力理论为真理。

　　但在一次尝试建立水星运动的数学模型时，勒威耶发现水星的星表记录与观测结果不一致，作为牛顿理论的追随者，勒威耶不允许自己怀疑牛顿定律的正确性，所以他坚持认为这些细小的差异是由于计算不够精确或者存在某些未知的因素造成的。

　　然而，在充分考虑了所有因素之后，勒威耶所计算的水星进动残差值仍有38角秒的差异。

　　牛顿引力肯定不会错，那么唯一的可能就是“水星轨道附近有一颗行星，造成了水星运动的异常……

　　二、在勒威耶的想象中诞生

　　就在人们为证明牛顿理论而纷纷寻找这颗行星的时候，一个业余天文学家莱斯卡而博声称自己观测到了这颗行星，而这颗行星的位置正好就在引力理论所预测的位置上。

　　勒威耶将这颗行星命名为祝融星。

　　至此之后，寻找祝融星就成了勒威耶及天文爱好者共同的任务。

　　不久之后，有一名名叫本杰明·斯科特的英国贵族声称自己发现了水内行星，也许是太业余了，斯科特的发现并没有被广泛报道，很快，苏黎世天文学家鲁伯特·沃尔夫试图通过专业的观测来寻找祝融星，他回顾了自己和其他的观测记录，总结并发表了21种可能。

　　但十来年过去了，祝融星依旧没有找到。一直到1862年，一位名叫拉米斯的先生通过望远镜观测太阳时，注意到了一颗黑子在快速移动。

　　祝融星可能再次被观测到的消息马上引燃了天文界，越来越多的人宣称自己观测到了祝融星。但让人失望的是，据两台格林尼治天文台拍摄的照片清晰的显示，这不过是一颗普通的太阳黑子，并不是什么祝融星。

　　对于这个结果，勒威耶依旧没有怀疑祝融星存在的真实性，他将计算所需的数据转向了更早的观测记录，发现有一种解释就是祝融星轨道的倾斜程度比之前假设的更大，所以他断言，1877年的春天会在太阳表面观测到祝融星。

　　这一次祝融星依旧没有出现，这事距离勒威耶观测到海王星已经过去了31年。

　　勒威耶病逝之后，天文界并没有停止寻找祝融星。安阿伯天文台台长詹姆斯·克雷格·沃森就是其中的典型代表。

　　沃森曾经发现过20多颗小行星，为了寻找祝融星，沃森专门来到怀俄明州，这是大日食的最佳观测地，就在日食开始前半小时的时候，沃森突然发现一条诡异的黑色曲线在太阳的圆面上穿过。

　　观测结束后，沃森在观测记录本上这样写道：“稍偏南处，我看到一颗红色的星，我估计它的视星是4.5，这颗星绝对要比贵宿一更亮，而且一定不是彗星，因为它没有呈现出任何拉长的形态。”

　　然而，在随后的观测中，这颗疑似行星并没有继续出现，印入人们眼帘的依旧是那几颗熟悉的恒星。

　　但沃森并不打算放弃，他将自己的发现电报给了法国和英国的国家天文台，《纽约时报》也在第一时间发布了祝融星被发现的消息：

　　“一次杰出的发现……祝融星，在躲藏了这么久之后，在一次又一次只给人们显露不确定的踪迹之后，终于被直接捕获。”

　　沃森的结论在一开始并没有受到质疑，然而随着时间的推移，同一时段的其他的观测者都没有发现祝融星，人们开始觉得沃森的观测结果也许是一个错误。但尽管如此，也没有一个人怀疑引力理论的正确性，因为对于水星以外的其他观测结果，引力理论都十分精准。

　　三、从爱因斯坦的广义相对论中覆灭

　　就在祝融星开始被人们遗忘的时候，一位来自瑞士的年轻人出现了。

　　这个年轻人就是爱因斯坦。

　　当时的爱因斯坦刚刚取得物理学学士学位，是瑞士国家专利局的一名三级技术专家，他工作勤恳，尽心尽责，是模范职员。

　　公务员的工作并没有磨灭爱因斯坦的天才属性，1905年上半年，爱因斯坦在《物理学记事》上连续发表了4篇文章，跨越了物理学的大部分领域。

　　其中第四篇就是大名鼎鼎的狭义相对论。

　　狭义相对论几乎适用于所有物理情境中，完美地描述了时空中的运动形式，但只有一个例外——无法解决速度发生变化、加速或减速的情况。

　　直到1907年11月的一天，一个自由落体运动提醒了他，爱因斯坦意识到人在摔下屋顶时感觉不到自己的任何变化，换句话说就是无法区分自己是正受到引力的作用而下落，还是漂浮在失重的太空中。经过思考，爱因斯坦将这一理念提炼为“等效原理”。

　　“等效原理”提出之后，爱因斯坦便开始着手狭义相对论中的另外一个核心问题：调和狭义相对论与牛顿理论之间的不一致。

　　他决定从祝融星入手。

　　在过去，新的发现总是基于已发表的结果之上，但爱因斯坦却不一样，他不停地探索，发展出了用数学方法计算物质运动形式的新技巧。就这样过了7年，对水星轨道的计算终于取得了实质性进展。

　　1915年11月，广义相对论正式诞生，在普鲁士科学院上，爱因斯坦用精准的计算证明祝融星其实并不存在，水星轨道的偏离其实只是太阳因其巨大的质量使时空产生了凹陷，作为太阳系内离太阳最近的行星，水星深埋于太阳的引力凹坑中，所以其轨道自然也就远离了牛顿理论。

　　至此数十年来对牛顿引力理论而定拯救正式宣告终结。

　　祝融星的故事结束了，从科学发展史上来看，祝融星只是人类的一个小小的教训，但除了教训我们还应该看到的是任何科学进步的背后都蕴含了科学家们一代代的努力，他们不仅要日复一日重复的进行着枯燥的工作，还要不停地与错误进行斗争，其间还要保持高昂的精神状态，就像北大教授吴国盛所说的那样：

　　“科学精神是一种特别属于希腊文明的思维方式。它不考虑知识的实用性和功利性，只关注知识本身的确定性，关注真理的自主自足和内在推演。科学精神源于希腊自由的人性理想。科学精神就是理性精神，就是自由的精神。”——吴国盛《什么是科学》

　　这是科学家的精神，也是自由的精神，也是人类科学进步的根本原因所在。

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