原标题：105年前就能验证爱因斯坦广义相对论！却被一战打乱
眼下，最爆炸性的新闻就是“人类公布了首张黑洞的照片”，这不仅是人类对宇宙研究的巨大突破，也证实了爱因斯坦广义相对论的理论正确性。今天（4月11日），恰巧是爱因斯坦发表相对论114周年纪念日，在这一纪念日的前夜发布首张黑洞照片，无疑是对伟大科学家爱因斯坦和他的相对论的最好纪念。
那么，什么是相对论？“狭义相对论”与“广义相对论”有啥区别？广义相对论中核心问题“光线弯曲”是啥时候被证实的？
在这个特殊的纪念日，让我们一起看看这些焦点问题和鲜为人知的故事。
相对论简述
在爱因斯坦狭义相对论提出以前，人们认为时间和空间是各自独立的绝对的存在，自伽利略时代以来这种绝对时空的观念就开始建立，牛顿创立的牛顿经典力学和经典运动学就是在绝对时空观的基础上创立。
1905年4月11日，爱因斯坦在牛顿经典力学、麦克斯韦经典电磁学等的基础上首次提出了“四维时空”的概念，它认为时间和空间各自都不是绝对的，而绝对的是一个它们的整体——时空，在时空中运动的观者可以建立“自己的”参照系，可以定义“自己的”时间和空间（即对四维时空做“3+1分解”），而不同的观者所定义的时间和空间可以是不同的。
狭义相对论建立在如下的两个基本公设上：
狭义相对性原理：一切的惯性参考系都是平权的，即物理规律的形式在任何的惯性参考系中是相同的。这意味着物理规律对于一位静止在实验室里的观察者和一个相对于实验室高速匀速运动着的电子是相同的。
光速不变原理：真空中的光速在任何参考系下是恒定不变的。也正是由于光子有这样的实验性质，在国际单位制中使用了“光在真空中1/299792458秒内所走过的距离”来定义长度单位“米”（米）。
广义相对论概要
在提出相对论以后，经过10年的研究和观察，爱因斯坦发现了狭义相对论在解释时空时的局限性，又于1915年提出了广义相对论理论。
他首先注意到了被称之为（弱）等效原理的实验事实：引力质量与惯性质量是相等的。这一事实也可以理解为，当除了引力之外不受其他力时，所有质量足够小（即其本身的质量对引力场的影响可以忽略）的测验物体在同一引力场中以同样的方式运动。既然如此，则不妨认为引力其实并不是一种“力”，而是一种时空效应，即物体的质量能够产生时空的弯曲，引力源对于测验物体的引力正是这种时空弯曲所造成的一种几何效应。这时，所有的测验物体就在这个弯曲的时空中做惯性运动，其运动轨迹正是该弯曲时空的测地线，它们都遵守测地线方程。正是在这样的思路下，爱因斯坦得到了其广义相对论。
一战添乱
爱因斯坦的广义相对论中关于“光线弯曲”理论的证实有一个曲折的故事，这个故事与第一次世界大战有关。一战打乱了爱因斯坦的计划，却也让爱因斯坦因祸得福。
1905年爱因斯坦发表了《狭义相对论》后，很快发现自己的新理论只适用于匀速运动的惯性系中，而真实世界并不是匀速运动的，而且他还发现狭义相对论并不能解释牛顿的万有引力定律，这就让爱因斯坦陷入烦恼之中了。
爱因斯坦一直寻求解决《狭义相对论》缺陷的办法。从1907年到1911年，爱因斯坦一直致力于如何把万有引力纳入到相对论中。他曾这样思考，如果把引力的本质描述为时空弯曲会怎样？如果空间是弯曲的，那么在弯曲的空间周围射过一条光线，按照自己的理论，这条光线就是弯曲的。爱因斯坦意识到自己揭开了宇宙的神秘面纱。但是该怎么证明自己的新理论呢？ 生活中的物体质量太小了，根本不足以达到弯曲光线的程度。那么找什么物体才合适呢？对，这就是太阳！
如果太阳背后的星体发出来的光线经过太阳周围时被弯曲了，那么这就表明自己的理论是正确的。但是该怎么观察呢，太阳实在是太亮了，除非有物体遮住太阳。所以爱因斯坦认为只有日全食的时候才能证明自己理论的正确性。
爱因斯坦提出有质量的物体可以弯曲周围的时空这一结论是在1912年，而下一次日全食则是在1914年8月21日。于是爱因斯坦给全球著名的天文台写信寻求帮助，希望他们可以去拍摄日全食的照片。幸运的是，爱因斯坦的寻求信得到了柏林天文台的一位年轻助手的回应，这就是欧文芬利。他们立即组成了观测队，其中包括来自美国著名天文学家威廉坎贝尔。他们发现1914年8月21日的日全食最佳观测地段位于俄国的克里米亚半岛。于是德国天文学家欧文芬利和美国天文学家威廉坎贝尔去了俄国。
但是很不幸，在日全食将要来临的一个月内，世界第一次大战爆发了！德皇对俄国宣战，可怕的事发生了，俄国军人搜查了在克里米亚半岛观测日全食的这群天文学家，但这并非是致命性的打击，因为威廉坎贝尔是来自保持中立的美国，他并没有被逮捕，而作为德国人的欧文芬利则以间谍罪被捕入狱，所有观测仪器还被俄国人没收。就这样，第一次证明相对论正确性的机会就在指尖溜走了！
因祸得福
爱因斯坦很是苦恼，证明自己的机会就这样溜走了。可很快，爱因斯坦发现自己的理论有数学错误，如果上次日全食真的观测成功了，那么按自己原先的理论算出来的光线偏折只是观测数据的一半。就这样，爱因斯坦因祸得福，因为自己的职业生涯得到了挽救。爱因斯坦接下来致力于寻找数学工具来完善自己的理论，也就是建立广义相对论的引力场方程式。
事实上，爱因斯坦的数学功底相对于当时的数学家来说是逊色的，他曾经把自己在建立引力场方程中遇到的问题演讲给科学界人士，而观众席上就有大名鼎鼎的数学家希尔伯特。在希尔伯特看来，这完全是个纯数学问题，并认为自己可以解决这个问题。这时候爱因斯坦有了紧迫感，他和希尔伯特争分夺秒，看谁可以提前发布广义相对论的引力场方程。这时候爱因斯坦发现，自己的新理论隐藏在一个困扰众多天文学家的谜题中，按照牛顿力学，水星的运行轨道是规则的，但是观测事实却表明水星运行轨道偏离了公转轨道，这就是著名的水星进动现象。而爱因斯坦认为，自己的引力理论完全可以解释水星进动现象。1915年，爱因斯坦和希尔伯特几乎同时得到了广义相对论的引力场公式，而希尔伯特却很大度的把这一结果承让给了爱因斯坦。
第二年，爱因斯坦完整发表了广义相对论，并给出了太阳背后天体光线的偏移程度。接下来就是寻找下一次日全食喽！天文学家发现，下一次日全食将在1919年5月29日的西非上演，于是大家就在静静的等待着，而此次观测任务由著名天文学家爱丁顿带队，并成为这次观测日全食的决定性人物。1919年5月29日，爱丁顿成功拍摄了日全食及其背后天体光线的照片。经过几个月的数据分析，爱因斯坦的引力方程预言的太阳弯曲了周围空间并导致其光线偏移的数据完全符合观测数据。就这样，爱因斯坦一鸣惊人，这一爆炸消息也得到了媒体的疯狂报道，有人高呼“牛顿错了！”。
爱因斯坦的广义相对论在1919年首次被日全食验证。而整整100年后，2019年4月10日，现代天文学家用集体智慧发布了首张“黑洞”照片，更加证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。经过100多年的努力，在伟大的爱因斯坦的伟大理论引导下，人类开始走向更深更远的宇宙！
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