研究人員是否篡改了廣義相對論首次測試的資料?

有關歷史性日食研究中資料處理不當的傳言不實


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1919年5月29日,兩支英國探險隊分別位於地球的兩側,在日全食期間用望遠鏡對準太陽。他們的任務是:測試一位前專利員構想出的一個激進的引力理論,他預測經過的星光應該會向太陽彎曲。他們的結果於當年11月公佈,使阿爾伯特·愛因斯坦進入了公眾的視野,並證實了科學史上最壯觀的實驗成功之一。

然而,近幾十年來,一些科學史學家認為,1919年探險隊的初級成員天文學家亞瑟·愛丁頓爵士,對愛因斯坦的廣義相對論深信不疑,以至於他忽略了與該理論相沖突的資料。

1919年,廣義相對論正處於超越艾薩克·牛頓爵士於1687年提出的萬有引力定律的風口浪尖。牛頓的定律將引力視為物體之間的一種聯絡,所有物體都漂浮在空間和時間的網格狀區域內。愛因斯坦的洞見是引力就是網格,它會被諸如太陽等大質量物體所扭曲。因此,經過太陽的光應該會像月球探測器掠過巨大的隕石坑邊緣並墜入其中一樣,字面上地向太陽下落。

當時擔任劍橋大學天文臺臺長的愛丁頓說服了他的高階同事兼英國皇家天文學家弗蘭克·戴森爵士進行這次探險。該小組分為兩個團隊:戴森的團隊來自當時的格林威治皇家天文臺,前往巴西的索布拉爾鎮,而愛丁頓和他的同伴則在西非島嶼普林西比設立了據點。他們的任務是獨立記錄月球遮蔽太陽附近恆星的位置,並將其與夜晚同一顆恆星的位置進行比較。

如果廣義相對論是正確的,那麼在日食期間,最近恆星的視位置會向太陽邊緣漂移1.75角秒(角度的度量單位)(相當於半英里處看到的鉛筆寬度)。在期待已久的日子裡,愛丁頓受到陰雲密佈的天空阻礙,只拍攝了五顆恆星。這不足以得出可靠的結果,但他還是將最終值定為1.61角秒。

戴森的團隊結果好壞參半。該小組的兩臺望遠鏡之一正常工作,得出了1.98角秒的值。第二個儀器得出的值為0.93角秒,相當接近牛頓的預測值0.87。然而,該儀器在日食期間失去了焦點,這使照片比較的準確性受到質疑,因此他們將測量值排除在最終結果之外。根據剩餘的證據,他們宣佈廣義相對論取得了勝利。

隨著時間的推移,專家們對這一籠統的結論持懷疑態度,因為它既忽略了其他一些引力理論可能更符合結果的可能性,而且在考慮了已知誤差源後,與廣義相對論的匹配度也不高。“沒有任何實驗能夠像愛丁頓的實驗那樣被認為具有決定性,”威爾士卡迪夫大學的科學社會學家哈里·柯林斯說。實際上,聖路易斯華盛頓大學的物理學家克利福德·威爾說,研究人員直到20世紀60年代使用類星體測量才真正確定了光彎曲的預測,他是廣義相對論測試方面的專家。

當時在明尼蘇達大學的科學史學家約翰·厄曼和匹茲堡大學的克拉克·格萊穆爾在1980年的一篇論文中重新審視了日食研究,得出的結論是,愛丁頓透過壓制索布拉爾的衝突結果犯了錯誤。

但阿肯色大學費耶特維爾分校空間和行星科學中心的物理學家兼歷史學家丹尼爾·肯尼菲克認為,歷史修正從未受到過多的審查。“實際上,你可以看到兩個神話層層疊加,”他說。

為了理清它們,他深入研究了歷史記錄。肯尼菲克在最近的一篇論文中報告說,愛丁頓和戴森之間的信件表明,兩人分別分析了他們的資料,以避免互相影響。這意味著起初對愛因斯坦的理論持矛盾態度的戴森做出了排除0.93角秒結果的初步判斷。肯尼菲克記錄道,當戴森可能因潛在的發現而過於興奮,放棄了他最初的本能,並提出將三個測量值取平均值,以獲得更接近愛因斯坦預測值的值時,愛丁頓的行為是正確的。

愛丁頓壓制了這個想法,因為這將意味著要對來自索布拉爾的可疑測量結果給予更多權重。肯尼菲克說,無論是否有偏見,愛丁頓都做出了正確的決定。他發現,格林威治皇家天文臺的工作人員在1978年使用現代計算機方法重新分析了索布拉爾的資料。(普林西比的資料沒有儲存下來。)他們的修正將0.93角秒的偏移量定為1.55角秒,正負0.34角秒——更接近1.75的值。換句話說,研究人員懷疑該測量結果存在缺陷是正確的。

華盛頓大學的威爾說:“如果我處在同樣的位置,我會做同樣的事情。”他還說,他從來不相信愛丁頓篡改了資料。“我認為像他這樣地位的人會因為資料看起來不對而拋棄資料是不可信的。”

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