關(guān)于海王星的發(fā)現(xiàn)，還要從天王星講起。1781年3月13日，威廉·赫歇爾爵士在偶然間發(fā)現(xiàn)了天王星。說(shuō)到這還有個(gè)有趣的故事。赫歇爾那時(shí)候還不敢相信自己發(fā)現(xiàn)的是一顆行星，以為自己發(fā)現(xiàn)了一顆沒(méi)有慧發(fā)也沒(méi)有慧尾的彗星。因?yàn)樵谀且郧皬臎](méi)有人發(fā)現(xiàn)過(guò)行星。但很快，法國(guó)科學(xué)家拉普拉斯證實(shí)赫歇爾發(fā)現(xiàn)的是一顆行星。
在激動(dòng)之余，人們想到了一個(gè)新問(wèn)題：在那么遠(yuǎn)的地方，牛頓的萬(wàn)有引力定律依然成立嗎？
當(dāng)時(shí)牛頓萬(wàn)有引力定律已經(jīng)經(jīng)受了地月之間，以及所有內(nèi)部行星與太陽(yáng)之間的檢驗(yàn)。這個(gè)定律一直表現(xiàn)的非常完美。如今我們終于接觸到了太陽(yáng)系的外圍，不如再來(lái)檢驗(yàn)一下，這個(gè)定律是否依然成立。檢驗(yàn)的方法很簡(jiǎn)單：首先根據(jù)萬(wàn)有引力定律計(jì)算出天王星的位置，然后再與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果對(duì)比，如果二者吻合，那就皆大歡喜，說(shuō)明頓定律在外太陽(yáng)系依然成立。但遺憾的是，二者并不吻合！
人們會(huì)因此質(zhì)疑牛頓定律嗎？在當(dāng)時(shí)大家并不想這樣做。這是個(gè)很偉大的定律，在此之前它為大家做過(guò)很多事情。但是不拋棄牛頓萬(wàn)有引力定律，還能有什么選擇呢？科學(xué)家們提出了一個(gè)大膽的猜測(cè)：也許還有另一個(gè)被漏掉的引力源！
于是獵星游戲開始了。這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，因?yàn)槿f(wàn)有引力定律通常是用于計(jì)算兩個(gè)已知位置的天體之間的引力。但這次卻不同。這次我們已經(jīng)知道兩個(gè)天體之間的作用力，但卻不知道那個(gè)天體在哪里，也不知道它的質(zhì)量有多大。這涉及了牛頓定律的倒推問(wèn)題，需要大量的數(shù)據(jù)和計(jì)算才能得出正確答案。
這張海王星照片，1989年8月20日由旅行者2號(hào)的窄角相機(jī)拍攝。
Credit：NASA
包括英國(guó)數(shù)學(xué)家及天文學(xué)家約翰·柯西·亞當(dāng)斯和法國(guó)數(shù)學(xué)家?jiàn)W本·尚·約瑟夫·勒維耶在內(nèi)的很多才華橫溢的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家都參與其中，對(duì)這個(gè)搗亂的天體在宇宙中的位置及出現(xiàn)的時(shí)機(jī)做出了預(yù)測(cè)。勒維耶把重重計(jì)算出的結(jié)果告訴了他的好朋友，柏林天文臺(tái)的約翰·格弗里恩·伽勒。伽勒根據(jù)勒維耶的描述進(jìn)行了觀測(cè)，并在距離預(yù)測(cè)的位置不到1 度的地方發(fā)現(xiàn)了一顆新行星。這顆行星就是后來(lái)的海王星。
這是數(shù)學(xué)和物理定律的偉大勝利！這一次，我們沒(méi)有憑借以往的規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)下一次事件，也沒(méi)參考先人的記錄；僅僅依靠物理定律和對(duì)自然運(yùn)行規(guī)律的理解，我們成功預(yù)測(cè)并發(fā)現(xiàn)了一顆行星！這為之后一系列在太陽(yáng)系中的發(fā)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這次發(fā)現(xiàn)我們可以確定，在太陽(yáng)系的外圍牛頓定律依然是成立的。
海王星的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑是個(gè)意義重大的歷史事件，它極大增強(qiáng)了科學(xué)家們的信心。萬(wàn)有引力定律可以幫助我們掌握太陽(yáng)系中天體的運(yùn)動(dòng)，并且屢試不爽。我們開始大膽猜測(cè)，這個(gè)偉大的定律在我們還未想象到的地方是否也能成立？但很快，大自然發(fā)來(lái)了新的挑戰(zhàn)。
幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，我們一直在精確記錄水星的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。水星是距離太陽(yáng)最近的行星，其公轉(zhuǎn)軌道呈橢圓形。觀察記錄后我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)橢圓軌道會(huì)發(fā)生極其輕微的進(jìn)動(dòng)。這并不是什么新鮮事，我們可以接受。但當(dāng)我們計(jì)算出這個(gè)進(jìn)動(dòng)速度，觀察實(shí)際的進(jìn)動(dòng)速度時(shí)，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)數(shù)據(jù)并不一致，兩者速度每百年就差了43角秒。
1859年，勒維耶提出要解決這個(gè)問(wèn)題。他那時(shí)正在發(fā)現(xiàn)海王星的興頭上，認(rèn)為太陽(yáng)和水星之間也一定存在一個(gè)小行星帶，對(duì)水星施加了額外的拉力。沒(méi)過(guò)幾年，有一位天文學(xué)家觀測(cè)到一顆行星的凌日現(xiàn)象。勒維耶表示放棄原來(lái)存在小行星帶的猜想，認(rèn)為拉扯水星的一定是這個(gè)天體。人們將這個(gè)行星命名為“祝融星”。水星軌道問(wèn)題就這么簡(jiǎn)單地解決了嗎？并沒(méi)有。在這位天文學(xué)家觀測(cè)到祝融星的同時(shí)，還有一個(gè)人也在觀測(cè)太陽(yáng)。他表示沒(méi)有看到任何的凌日現(xiàn)象，認(rèn)為一定是那位天文學(xué)家的觀測(cè)出了問(wèn)題。但仍有很多人認(rèn)為確實(shí)存在一個(gè)“祝融星”，只不過(guò)因?yàn)榉N種原因還沒(méi)有被觀測(cè)到罷了。
直到1916年，愛(ài)因斯坦發(fā)表了廣義相對(duì)論，將時(shí)空比作可變形的布料。而引力不再是兩物體間的相互作用力，而是這塊布料的形狀。各個(gè)天體就沿著這塊布料的起伏運(yùn)行。當(dāng)我們把相對(duì)論所有的法則都考慮進(jìn)去就會(huì)發(fā)現(xiàn)，水星正沿著極度扭曲的時(shí)空，在太陽(yáng)這個(gè)極具影響力的強(qiáng)大引力源近旁運(yùn)行著。原來(lái)，在如此靠近某個(gè)超強(qiáng)引力源時(shí)，牛頓的萬(wàn)有引力定律確實(shí)無(wú)法成立！這件事震驚了世界。我們很依賴于牛頓定律，我們依靠牛頓定律發(fā)現(xiàn)了海王星，于是我們自大地認(rèn)為水星的問(wèn)題也能如法炮制，結(jié)果卻一敗涂地。為了解釋水星的現(xiàn)象，我們不得不發(fā)展出一門全新的物理學(xué)分支。大自然就是這么微妙，這對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，即美妙，又充滿挑戰(zhàn)。這也是科學(xué)家們值得尊敬的地方。無(wú)論多么不可能，他們總是通過(guò)大膽的猜想和細(xì)致的研究為我們帶來(lái)全新的可能。
到目前為止，宇宙中還有很多的未解之謎。人類到底從何而來(lái)，要往何處去？為什么地球上只有一顆生命進(jìn)化樹？暗物質(zhì)和暗能量到底是什么？平行宇宙是否真的存在？千百年來(lái)，科學(xué)家們?cè)诓粩嗵剿鬟@些問(wèn)題的答案，因?yàn)樗鼈儧Q定了我們未來(lái)的走向、思維的高度，甚至生命的意義。
不知道你看過(guò)美國(guó)天體物理學(xué)家、美國(guó)自然歷史博物館海頓天文館館長(zhǎng)尼爾·德格拉賽·泰森，講解的《宇宙時(shí)空之旅》。最近中信出版集團(tuán)攜手NASA杰出公共服務(wù)獎(jiǎng)?wù)芦@得者泰森教授推出宇宙普及視頻課程——《莫名其妙的宇宙：未解之謎》的12節(jié)精彩課程中，從更高的角度出發(fā)，探索宇宙中的未解之謎，詳情如下。
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