研究人员是否篡改了广义相对论首次测试的数据?

有关历史性日食研究中数据处理不当的传言不实


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1919年5月29日,两支英国探险队分别位于地球的两侧,在日全食期间用望远镜对准太阳。他们的任务是:测试一位前专利员构想出的一个激进的引力理论,他预测经过的星光应该会向太阳弯曲。他们的结果于当年11月公布,使阿尔伯特·爱因斯坦进入了公众的视野,并证实了科学史上最壮观的实验成功之一。

然而,近几十年来,一些科学史学家认为,1919年探险队的初级成员天文学家亚瑟·爱丁顿爵士,对爱因斯坦的广义相对论深信不疑,以至于他忽略了与该理论相冲突的数据。

1919年,广义相对论正处于超越艾萨克·牛顿爵士于1687年提出的万有引力定律的风口浪尖。牛顿的定律将引力视为物体之间的一种联系,所有物体都漂浮在空间和时间的网格状区域内。爱因斯坦的洞见是引力就是网格,它会被诸如太阳等大质量物体所扭曲。因此,经过太阳的光应该会像月球探测器掠过巨大的陨石坑边缘并坠入其中一样,字面上地向太阳下落。

当时担任剑桥大学天文台台长的爱丁顿说服了他的高级同事兼英国皇家天文学家弗兰克·戴森爵士进行这次探险。该小组分为两个团队:戴森的团队来自当时的格林威治皇家天文台,前往巴西的索布拉尔镇,而爱丁顿和他的同伴则在西非岛屿普林西比设立了据点。他们的任务是独立记录月球遮蔽太阳附近恒星的位置,并将其与夜晚同一颗恒星的位置进行比较。

如果广义相对论是正确的,那么在日食期间,最近恒星的视位置会向太阳边缘漂移1.75角秒(角度的度量单位)(相当于半英里处看到的铅笔宽度)。在期待已久的日子里,爱丁顿受到阴云密布的天空阻碍,只拍摄了五颗恒星。这不足以得出可靠的结果,但他还是将最终值定为1.61角秒。

戴森的团队结果好坏参半。该小组的两台望远镜之一正常工作,得出了1.98角秒的值。第二个仪器得出的值为0.93角秒,相当接近牛顿的预测值0.87。然而,该仪器在日食期间失去了焦点,这使照片比较的准确性受到质疑,因此他们将测量值排除在最终结果之外。根据剩余的证据,他们宣布广义相对论取得了胜利。

随着时间的推移,专家们对这一笼统的结论持怀疑态度,因为它既忽略了其他一些引力理论可能更符合结果的可能性,而且在考虑了已知误差源后,与广义相对论的匹配度也不高。“没有任何实验能够像爱丁顿的实验那样被认为具有决定性,”威尔士卡迪夫大学的科学社会学家哈里·柯林斯说。实际上,圣路易斯华盛顿大学的物理学家克利福德·威尔说,研究人员直到20世纪60年代使用类星体测量才真正确定了光弯曲的预测,他是广义相对论测试方面的专家。

当时在明尼苏达大学的科学史学家约翰·厄曼和匹兹堡大学的克拉克·格莱穆尔在1980年的一篇论文中重新审视了日食研究,得出的结论是,爱丁顿通过压制索布拉尔的冲突结果犯了错误。

但阿肯色大学费耶特维尔分校空间和行星科学中心的物理学家兼历史学家丹尼尔·肯尼菲克认为,历史修正从未受到过多的审查。“实际上,你可以看到两个神话层层叠加,”他说。

为了理清它们,他深入研究了历史记录。肯尼菲克在最近的一篇论文中报告说,爱丁顿和戴森之间的信件表明,两人分别分析了他们的数据,以避免互相影响。这意味着起初对爱因斯坦的理论持矛盾态度的戴森做出了排除0.93角秒结果的初步判断。肯尼菲克记录道,当戴森可能因潜在的发现而过于兴奋,放弃了他最初的本能,并提出将三个测量值取平均值,以获得更接近爱因斯坦预测值的值时,爱丁顿的行为是正确的。

爱丁顿压制了这个想法,因为这将意味着要对来自索布拉尔的可疑测量结果给予更多权重。肯尼菲克说,无论是否有偏见,爱丁顿都做出了正确的决定。他发现,格林威治皇家天文台的工作人员在1978年使用现代计算机方法重新分析了索布拉尔的数据。(普林西比的数据没有保存下来。)他们的修正将0.93角秒的偏移量定为1.55角秒,正负0.34角秒——更接近1.75的值。换句话说,研究人员怀疑该测量结果存在缺陷是正确的。

华盛顿大学的威尔说:“如果我处在同样的位置,我会做同样的事情。”他还说,他从来不相信爱丁顿篡改了数据。“我认为像他这样地位的人会因为数据看起来不对而抛弃数据是不可信的。”

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