1915年11月25日，阿尔伯特·爱因斯坦发表了一篇只有3页的文章，因此为一种用全新观点看引力的理论砌上了最后的砖石。在他10年前发展的狭义相对论中，当时这位年龄26岁的物理学家发现，物体的长度以及事件持续的时间取决于观测者相对该物体的运动速度。此外爱因斯坦根据这一理论提出了质能等价关系，认为这二者可以互相转化成彼此。
狭义相对论只适用于匀速运动的系统。爱因斯坦现在又将其思路扩展到了加速运动，并考虑了引力。他将时间和空间结合为四维弯曲时空，并得出了引力决定时空几何结构的结论。
两名大科学家在讨论中：在1919年5月29日的日全食期间，亚瑟·爱丁顿爵士（右）确定了太阳附近星光的偏转量，从而证实了爱因斯坦的广义相对论。上面这张两位研究者的照片是在1930年拍摄的，摄于英国剑桥大学。（图片版权：AKG）
一个描绘了广义相对论关键论断的例子是，设想一张不太硬的床垫。如果我们在床垫上放置了一只保龄球，那么它会形成一处深深的凹陷。现在从凹陷区通过的一颗弹球无法再继续直线前行了，而会沿着凹陷的边缘曲线行进。如果弹球在朝向这个方向滚来的时候速度不够快，那么它就会向保龄球落去，最终停留在凹陷里。
现在我们将这个实验转移到宇宙中去。床垫是时空本身，保龄球是我们的太阳，而弹球是行星。根据爱因斯坦的理论，行星并不是受到了太阳的吸引，而是沿时空曲率前行，曲率的成因是太阳庞大的质量在时空中造成的凹陷。
弯曲传播的光线：大质量物体（如太阳）会让从旁边掠过的遥远星光弯曲。地球上的观测者就会看到恒星出现在了不同的地方。这种偏移量是很小的，不过可以在日全食期间测量到。（图片版权：designer gold taken from an original by Horst Frank）
阿尔伯特·爱因斯坦自己很早就认识到，这类曲线的轨迹不仅适用于运动中的行星和大型天体。引力场中的光线也应该沿曲线传播。然而爱因斯坦并不是第一个自我发问大质量物体附近的光线如何表现的人。1783年，英国学者兼牧师约翰·米切尔（John Mitchell）宣称，光线（根据艾萨克·牛顿的观点，它应该由微小的粒子组成）不会永远沿直线传播，但是可以受到天体引力的作用而弯曲。
米切尔甚至又向前行一步。他描述了一颗庞大的恒星，它的引力非常强，发出的光线粒子会落回到表面上去。这名自然哲学家因而最终描述了我们如今称为黑洞的这类天体。
18世纪末，法国数学家皮埃尔—西蒙·拉普拉斯独立于米切尔，同样描述了引力过强，光线无法从表面逃脱的天体。拉普拉斯对这样的天体进行了计算，发现如果其总质量与太阳相当，那么它必须要收缩成为一个直径6千米的球体。
最后在1801年，日后成为博根豪森（Bogenhausen）慕尼黑天文台台长的约翰·乔治·冯·索尔德纳（Johann Georg von Soldne）发表了一篇论述，题名为《光线受近距离掠过的天体吸引而偏离直线传播》。冯·索尔德纳计算出当遥远恒星的星光从太阳周围穿过时在天空中的偏移量。他得到的结果是0.875角秒，这相当于一枚1欧元硬币在5千米外的张角。
虽然爱因斯坦并不熟悉这位慕尼黑天文学家的研究，在1911年前后，他同样是在解决太阳偏转星光的问题。他的计算实际上得出了0.83角秒的结果，这与冯·索尔德纳的结论非常接近。爱因斯坦提出要实际检验这一理论，也就是在日全食期间测量星光的视偏转量。
阁楼中的主管：1917年10月，凯撒—威廉（Kaiser-Wilhelm）物理研究所正式在阿尔伯特·爱因斯坦的领导下在柏林开始运营。不过研究所的建筑并不宽敞，只是设在了它那著名的主管的公寓里。爱因斯坦执掌了这家不寻常的机构5年。（图片版权：S.Tamaru / MPG-Archiv）
下一次这种壮观的天象发生在1912年的巴西，不过由于天气原因在字面意义上泡了汤。1914年8月21日俄罗斯的日全食正发生在第一次世界大战开战后的3周。由埃尔温·弗罗因德利希（Erwin Freundlich）领导的德国远征队被俘，并被俄国人审讯。而威廉·坎贝尔（William Campbell）领导的美国天文学家在基辅以南遭遇了阴天，而没有看到自然奇景。
因此这些测量一无所获——顺带一提，他们的结果肯定也不会让爱因斯坦开心。个中原因是，在接下来的几年里，爱因斯坦进一步研究了广义相对论，他发现了上文描述的引力与时空曲率的关系。这会带来一项效应，在纯粹由引力导致的光线偏转之上还要加上这个效应的影响。简而言之，太阳附近恒星位置的偏移要翻倍为1.75角秒。作为《广义相对论基础》一文的一部分，爱因斯坦在1916年的《物理学纪事》上发表了这个数值。
因此科学家就等待下一次检验这个预言的机会。如果它被证明是正确的，那么这一新的理论就可以凭借优异成绩通过第一项测试了。这个机会是在1919年5月29日到来的。天文学家确定出，最好的观测地位于西班牙属几内亚海岸附近的普林西比岛，以及巴西北部的索布莱尔（Sobral）村。
黑太阳：1919年5月29日，新月遮掩了太阳明亮眩目的盘面。那时的天文学家已经可以让人钦佩地拍摄下这场月影的舞蹈了。这张历史照片中可见太阳的外层大气——日冕。（图片版权：公开版权）
有一件事很是引人注目：在一战仍旧如火如荼的时候，组织两支远征队证实一位德国教授提出的理论的，还是英国的研究者。在马克斯·普朗克的挑唆下，阿尔伯特·爱因斯坦自1917年以来就担任了凯撒—威廉物理研究所，不过这家新生研究所当时只设在爱因斯坦位于柏林—申贝格（Berlin-Sch??neberg）的公寓阁楼上的书房里。区区5年之后的1922年10月，爱因斯坦因为受到死亡威胁而离开了德国，并将他的领导者职位转交给了马克斯·冯·劳厄（Max von Laue）。
在日全食之前的6个月，天文学家拍摄了1919年5月29日黑太阳即将出现的天区。幸运的是，日食时太阳会出现在明亮的毕星团那里，星团中各颗恒星可以在太阳附近清晰可见。然而科学家面临的还是一个艰巨的任务。
计算出的1.75角秒只适用于在太阳周边的恒星。在两倍太阳半径之外，这一角度就减少到了0.6角秒。在玻璃照相底板上，普林西比岛远征队使用的望远镜拍下的1角秒偏移只会对应0.026毫米的位移！此外一直存在的空气湍动会扭曲恒星的影像，而大气的折射效应也会发挥影响。
1919年3月8日，两支远征队从英格兰出发，其中一支前往普林西比岛，另一支前往索布莱尔村。著名的科学家兼英国皇家天文学会秘书亚瑟·爱丁顿负责协调两支队伍，他本人则在日全食当天在普林西比一座椰子种植园扎下了帐篷。在日食期间，直到中午前后云层才反复散开了几秒钟。天文学家拍摄了16张照片，其中只有两张可用。在索布莱尔，安德鲁·克罗姆林（Andrew Crommelin）的研究者更加幸运一些，他们拍下了8张可用的照片。
回到英国之后，爱丁顿评估了底片，并在1919年9月初伯恩茅斯（Bournemouth）的一次会议期间公布了初步结果。11月6日，克罗姆林在皇家学会与皇家天文学会的联合会议上提交了最终结果：其中一架望远镜测量到的太阳附近星光偏折量是1.98角秒，误差正负0.18角秒，另一架是1.60角秒，正负0.31角秒。
由于这些数值的精度遭到了反复的质疑，1979年，皇家格林尼治天文台使用现代设备重新测量了爱丁顿的照相底板。结果是1.90正负0.11角秒。广义相对论以优异成绩通过了第一条检验！
1919年11月7日，伦敦的《泰晤士报》将一篇报道取名为《科学革命：宇宙的新理论。牛顿理论被推翻》。纽约时报也在11月10日的头版刊登了报道《天空中的光线不走正路》。与外国媒体表现出的热烈反应形成鲜明对比的是，德国媒体关于这个话题更为沉默。直到1919年12月14日，《柏林画报》才刊登了一张爱因斯坦的照片，配以标题《世界史上的新泰斗：阿尔伯特·爱因斯坦，他的研究意味着我们观看世界方式的革命，他的发现与哥白尼、开普勒和牛顿相当》
“天空中的光线不走正路”：这是1919年11月10日《纽约时报》一篇报道的标题，其内容是关于证实广义相对论的。（图片版权：公开版权）
这名几乎一夜成名的物理学家发现，针对他本人的大惊小怪很恼人。据说他曾经梦见一名邮差，以魔鬼的形象出现，经常给他带来新的信件，尽管他还没有回复之前的。他给同事马克斯·波恩（Max Born）写信称：“这里太可怕了，我几乎无法呼吸，就不要说去做任何正事了。”
翻译自：https://www.mpg.de/9244824/solar-eclipse-1919
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