行星进动和空间弯曲的故事

　　先说说什么是行星进动。简单理论上我们说行星轨道是封闭的椭圆，但是由于行星之间的相互影响，行星的实际轨道并不闭合，而是做梅花线运动。说行星走梅花线，当然是一种夸张的说法，实际上行星每做一圈轨道，只是偏差细微的几弧秒，行星走完一朵完整的梅花需要几千年。力学方法的发展，在更复杂的力学模型上，科学家也能够计算各个行星的梅花线轨迹。我们都是 Newton 的学生，但是很遗憾 10000 个我们中，恐怕没有一个合格的学生，能够学着 400 年前老师的做法，从普遍引力规律推出行星的椭圆轨道，更不用说去计算行星群中行星的梅花线轨迹。应该说，不管有没有这么回事，水星轨道观测结果与朴素力学理论计算每百年就算有也只有 43 " 的细微误差，也是太平常不过的事情，不值得人们过多的关注。也许，发现太阳系新的行星是科学家的神圣使命。细微的迹象却引起科学家们极大的探索兴趣，科学家们希望再一次能够从笔尖下发现太阳系一颗新的行星。人们从理论上推测存在一颗比水星更靠近太阳的行星，并希望它能够真实地存在。于是大家用望远镜去寻找它，由于旁边存在太过明亮的太阳，寻找水内行星是很艰难的一件事。天文学家为此吃尽了苦头，也没有找到这颗实际上并不存在的“火神星”。
　　火神星观测失败这个事情是有点意外，但是如果行星轨迹计算模型必须修补，应该也有很多的修补措施。但是很遗憾，后来很多的修补措施都不是很理想。太遗憾的事情，实在也没有多少心情来说它。这方面的专业性课题，本书作者将它安排在本书的第十篇《太阳和行星》里继续讨论。
　　行星轨道的超常进动到底是什么问题？经过多年的理解，我总算明白，行星的实际进动细微地多于理论计算，换一种说法就是，行星实际轨道比理论计算的曲度有细微增加，当然在轨道更靠近太阳的地方，这种曲度细微增加比远离太阳的地方更多。有人想到，这可能是空间弯曲导致的行星轨道弯曲。不管奇怪之人奇怪的想法是否合理，我们也许有必要努力找出其中的背景故事？吾人与‘空间弯曲’这个词接触多年，总算领悟空间弯曲确实有那么一种事情，但是必须以神话的方式才能说得明白。假如有一个魔鬼地方，直尺到了那个地方会变成弯尺，平板到了那个地方会变成球面，我们说这种魔鬼地方，就叫空间弯曲的地方。在一个没有科学只有几何的时代，人们不知道物质热胀冷缩这个现象，很多测量工匠发现大空间的勾股定律不是准确成立，于是工匠们创造一种新的几何算法，这种算法不是平直的 Euclid 几何，叫做空间弯曲几何。所以空间弯曲其实很简单，当我们无意之中不知道物质材料某种未知的形变因素，我们就得到一个‘弯曲空间’。也许有人要说，你怎么知道魔鬼地方直尺变成了弯尺，魔鬼地方直和弯的标准是什么？这个事情本来就很简单呀，光线可以作为一种轨迹和图形，也可以作为直线的标准。魔鬼地方的光线是弯曲的，别的地方光线是直的，透过魔鬼地方我们会看到背景恒星会有一种视觉移动。你也许不信，但是 1919 年英国科学家 Eddington 利用日全食提供的机会确实拍到了太阳附近恒星视觉移动的许多照片。也许你要说，透过热空气会看到热空气后面景象的晃动。唉，没有发现空间弯曲的时代，真的不知道什么是空间弯曲，在领悟了空间弯曲的时候，这个世界真是到处是弯曲的空间！
　　也许你要说，科学是把物象弯曲和空间弯曲搅在了一块，其实科学家们也不一定就相信空间弯曲，但是不管怎么样，空间弯曲是一种非常有用的方法。比如负数确实不能开平方，但是负数开平作为方法在很多地方很有用，比如交流电计算。也许你要说，朴素力学也预言了光线弯曲，但是光线实际弯曲效果是朴素力学理论结果的两倍。这另外多出的曲度效果不是空间弯曲的结果，又是什么？但是弯曲空间的故事并不就是了结，后面还有更精彩的故事！还有什么更精彩的结果？
　　我们知道光线弯曲就是折射，光线进入玻璃会折射，我们在学校的时候学习过，照相机就是利用玻璃的折射在底片上成像。我们也知道玻璃中的光速变慢，然后我们有了一个结论，太阳附近的光速会弯曲，同时光速数值较小。太阳附近光速较小又意味着什么？科学家的想象力是无穷的，太阳附近的光速较小意味着太阳附近是一个慢速世界，太阳附近的是中也走的慢。1971 年美国科学家通过航天飞机的原子时钟证实科学家的奇怪结论是正确的，高处的院子中走得快，低处的原子钟走的慢。
　　
　　空间弯曲我也觉得是一个虚无故事，但是不管怎样，空间弯曲像虚数复数一样，具有奇妙的方法意义，它串联出一连串的奇妙的精细物象。作为一个串联物象的故事主线，它的背景故事值得我们为他感到兴趣。诚然，任何一根故事主线他不可能奇妙无穷。光波红移和双星进动这两个物象，无法用空间弯曲的故事主线来讲下去。
　


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