幾千年來(lái)，在整個(gè)人類歷史中，行星和衛(wèi)星是我們擁有的宇宙不斷變化的唯一關(guān)鍵。恒星和銀河系，夜以繼夜年復(fù)一年，看起來(lái)一樣或是變化很小，很少而且非常緩慢，以至于人類未曾注意到。通過細(xì)心的觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)這些行星不僅夜以繼夜地“徘徊”，而且以一種可預(yù)測(cè)的方式移動(dòng)，正行運(yùn)動(dòng)，或是逆行運(yùn)動(dòng)。
（圖片源于：伊桑 西格爾， 來(lái)源即將發(fā)表的書《超越銀河系》）
曾有兩種主要的方法來(lái)解釋他們?cè)诳罩械倪\(yùn)動(dòng)規(guī)律
1：行星繞著地球周圍等高線，后視線和行星輪作用下的軌道
2：行星繞著太陽(yáng)移動(dòng)，地球是這類行星中的一員
在近兩千年的時(shí)間里，前者一直很流行。但是16世紀(jì)的哥白尼，隨后由伽利略，開普勒以及艾薩克·牛頓共同提出的日心說的模型贏了。
（圖片源于：NASA/JPL-Caltech/R.Hurt）
牛頓的理論是迄今為止最大的飛躍，因?yàn)樗粌H著手描述這些物體的行為——行星以橢圓形（以太陽(yáng)為橢圓的一個(gè)定點(diǎn)）繞著太陽(yáng)移動(dòng)，而且因?yàn)樗麨榇酥贫艘?guī)律：萬(wàn)有引力定律。這個(gè)定律不僅考慮了地球上的引力，而且考慮了所有天體的引力。它解釋了為什么衛(wèi)星圍繞著他們的母星運(yùn)行；為什么彗星會(huì)復(fù)發(fā)，并且經(jīng)常被其他行星干擾；為什么我們會(huì)經(jīng)歷潮汐；為什么行星之間相互干擾或者引起頻繁噴發(fā)。
它還解釋了一些更微妙的影響，而且引起了好幾代人的注意。
（圖片來(lái)源：維基媒體用戶：Arpad Horvath和Rubber Duck）
如果宇宙僅有兩個(gè)點(diǎn)的質(zhì)量——太陽(yáng)和一個(gè)行星組成，那么該行星的軌道將是一個(gè)完美的，封閉的橢圓，每次繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，都會(huì)回到起始位置。但是在一個(gè)由牛頓引力統(tǒng)治的宇宙中，在我們的太陽(yáng)系有很多大質(zhì)量的天體，于是橢圓會(huì)向前或是稍稍在其軌道旋轉(zhuǎn)。在19世紀(jì)中期，天王星和它預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌道的偏離導(dǎo)致了海王星的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樽钔鈱拥囊τ绊懥怂倪\(yùn)動(dòng)。
但在內(nèi)部太陽(yáng)系中，離太陽(yáng)最近的水星遇到了類似的問題。
通過詳細(xì)準(zhǔn)確的觀測(cè)，追溯到16世紀(jì)后期（感謝第谷·布拉赫），我們可以測(cè)量水星的近日點(diǎn)（最靠近太陽(yáng)的點(diǎn)）是如何前進(jìn)的。我們得出的數(shù)字是5600英寸每世紀(jì)，這是非常緩慢的：100年里剛剛超過1.5度！但其中的5025英寸來(lái)自一個(gè)眾所周知的現(xiàn)象——地球的春分點(diǎn)進(jìn)動(dòng)，另外532英寸是由于牛頓重力。
（圖片來(lái)源：維基媒體用戶Mpfiz）
但是5025+532不等于5600，它有一個(gè)小但是明顯的缺失，那么問題來(lái)了，為什么呢？
當(dāng)然，也曾提出了很多的可能性：
1：有可能數(shù)據(jù)出錯(cuò)了；小于1%的誤差很難引人恐慌，而且當(dāng)時(shí)的誤差小于0.2%，這意味著數(shù)據(jù)是有意義的。
2：也許還有一個(gè)內(nèi)星球，比水星還靠近太陽(yáng)的星球；這是由預(yù)測(cè)海王星存在的科學(xué)家奧本·勒維耶提出的。然而經(jīng)過詳盡的搜索，包括對(duì)太陽(yáng)日冕的修改，并沒有發(fā)現(xiàn)任何行星。
3：也許是牛頓力學(xué)定律需要稍作調(diào)整；它不是微小的平方律，而是微小的額外力：也許不是2的平方，也許是2.000000（某個(gè)數(shù)）。這是西蒙·紐康和阿薩夫·霍爾的解釋。
但沒有一條解釋行得通，他們都不滿意。此外后一種選擇：盡管可以想象，這個(gè)軌道的解釋——沒有給出預(yù)測(cè)性的“a-ha”，人們可以運(yùn)用它來(lái)尋找其他東西來(lái)驗(yàn)證或是證偽。
（圖片來(lái)源：ESO/L Cal?ada）
但是1905年愛因斯坦提出相對(duì)論之后，亨利·龐加萊證明，長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹現(xiàn)象對(duì)解決問題的貢獻(xiàn)量為所需量的一小部分（15-25%），具體取決于誤差。那加上明科夫斯基將時(shí)間和空間具體化為不是獨(dú)立的實(shí)體，而是作為一個(gè)聯(lián)合的單一結(jié)構(gòu)，最終促成了愛因斯坦相對(duì)論的發(fā)展。
1915年11月25日，他向大眾展示了它的結(jié)果——一個(gè)壯觀的數(shù)字，即空間的額外曲率，預(yù)示著每個(gè)世紀(jì)將增加43英寸的進(jìn)動(dòng)。這正是解釋這一觀察結(jié)果所需要的正確數(shù)字。
這對(duì)天文學(xué)和物理學(xué)無(wú)疑是巨大的沖擊。此后不到兩個(gè)月，卡爾·施瓦茨席爾德找到了精準(zhǔn)的解決方法，并與瘋了黑洞的存在。星光的偏移和引力紅移/藍(lán)移是可行的。最后，1919年的日蝕證實(shí)了廣義相對(duì)論取代牛頓重力理論。
（圖片來(lái)源：左側(cè)：紐約時(shí)代，1919年11月10日，右側(cè)：倫敦新聞：1919年11月20日）
自本世紀(jì)以來(lái)，它的預(yù)測(cè)，從引力透鏡到框架拖拽到軌道衰減等等，都得到了驗(yàn)證，觀察從未與該理論相矛盾。我們慶祝愛因斯坦的最大成就100周年。一個(gè)世紀(jì)后，對(duì)太陽(yáng)系的改進(jìn)觀測(cè)和了解已經(jīng)證實(shí)的水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)的精度降到了每世紀(jì)百分之一的弧度，不確定性在理論和觀測(cè)方面都在繼續(xù)下降。
誰(shuí)能知道未來(lái)100年內(nèi)又會(huì)有什么新發(fā)現(xiàn)，或是什么新奇的可能性呢？
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. forbes- Ethan Siegel Senior Contributor
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