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  • 2009-07-07
  • 第9807期

日食——從變態到常態

  • 孫維新

日常生活中充滿著科學密碼

有學生上物理課，舉手嗆聲：「老師，你教的不是真正的物理！」老師不解，學生說：「因為愛因斯坦說過，真正的物理是簡單的。」
愛氏認為簡單的東西，對一般人而言卻難以理解，所以才有以下這個小故事：宇宙初始是一片混亂，上帝看不下去了，就說：「讓牛頓出生吧。」於是宇宙就在牛頓定律的規範下寧靜有序地運行；撒旦看不下去了，就說：「讓愛因斯坦出生吧。」於是宇宙又恢復了混亂。
這個小故事是在一九一五年愛因斯坦提出廣義相對論之後不久，大家發覺無法了解他對宇宙時空超凡脫俗的思考之後出現的。真正讓愛氏的廣義相對論站穩腳跟，逐漸為世人所接受，是一九一九年那次關鍵的日全食。
廣義相對論重點之一，是天體本身質量，會改變它周遭的時空曲率，例如太陽周遭的時空就應該是彎曲的，來自遙遠恆星的光線，若是剛好經過太陽附近，就會沿著扭曲的時空改變方向，好像火車沿著彎曲的鐵軌前進一樣，也就是說：「光線會轉彎。」轉了彎繼續前進的光線若是落向地球，而地球上的人們一向認為光線應該直線行走，就會發現這顆遙遠恆星的位置有了微小偏移。這個廣義相對論所預測的現象非常微弱，只能在太陽近旁發生，但太陽光芒耀眼，因此唯一的驗證機會，只有等待日全食。
整整九十年前，西元一九一九年五月二十九日，英國深受敬重的天文學家愛丁頓爵士，帶著一支日食觀測隊遠征非洲西岸，為了要在太陽被月球遮擋的那幾分鐘之內，拍攝太陽近旁的恆星，看看有沒有廣義相對論預測的位置偏移。當時一次大戰剛剛結束，在這個殘破世界的邊緣角落，愛丁頓爵士的望遠鏡和相機，記錄了宇宙時空的曲率的確因天體存在而改變的事實。
由此可知，日食不單只是偶一出現的天象奇觀，更可以幫助我們驗證宇宙規律，但是自有人類以來，日食這種天地驟暗的「變態」，不知道曾驚嚇了多少先民的心靈。只因為太陽一直是能量的來源，時間的圭臬，突然從天空中消失，只留下一個鑲了一圈金邊的「黑洞」，是多麼令人驚恐惶悚的現象。時至今日，拜科學發展之賜，我們已經能夠準確地預測日食發生的時刻，可以用歡欣鼓舞的心情，迎接這個「日──地?──?月」三者運行過程中必然會出現的「常態」，這個由「變態」到「常態」的過程，就是理性分析和邏輯思辯導致了知識增長最好的例證。今天的自然界中還是有許多現象讓我們迷惑驚訝，極有可能是因為科學知識還沒有被人類完整掌握，假以時日，當我們愈知愈多後，許多「變態」也自然會成為「常態」。
想看日食嗎？馬上就有！今年七月二十二日，在中國大陸長江流域將會出現本世紀最壯觀的日全食。在這次日食中，太陽完全消失的「全食」階段，不再是以前觀看日食的一、兩分鐘，而將長達五分半鐘。台灣雖然看不到「全食」，但是卻可以看到一次非常接近全食的偏食，這將會是一次難得的大眾科學體驗機會。有興趣欣賞天象奇觀的朋友，盍興乎來。只希望當我們大家在拿著太陽濾鏡仰首向天欣賞日食的時候，能夠深刻體會這個由「變態」演化到「常態」的過程，以及這個「常態」是如何地幫助過我們，發現了宇宙的真實結構。（阿兜繪圖）
本文作者為台灣大學物理系與天文物理研究所教授
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