被爱因斯坦摧毁的“幽灵之星”，先人类一步“移出”太阳系

“无论理论多么优雅，只有它的预言符合实验结果，我们才能相信它是对自然的有效描述。”

——费曼

一颗不存在的行星

《流浪地球2》中，地球面临毁灭危机。人类在距离太阳氦闪危机爆发还有34年（2044年）前，成立了联合地球组织（UEG），尝试各种自救方案。其中由中国主导提出的是“移山计划”，也就是以后的“流浪地球”计划，该计划建造1万吨发动机，推动地球离开太阳系。

“移山计划”，来源：《流浪地球2》

“逃离太阳系”是科幻电影和小说中经久不衰的主题之一，探索太阳系也是人类年深月久的梦想，然而在可预见的未来，人类的科技水平还不足以逃离太阳系。百年之前，太阳系中却有一颗“幽灵之星”先人类一步“移出”太阳系。

众所周知，太阳系有八大行星：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。其中，水星是距离太阳最近的行星。

1845年的一次水星凌日中，海王星的发现者、法国天文学家家奥本·勒威耶（Urbain Le Verrier）通过牛顿的公式计算出了水星穿过太阳的时间，与观测中的实际时间相差16秒，该结果与牛顿理论所预言的行星行为有些许偏差。造成偏差的原因可能有两种，一是水星轨道存在轻微的扰动，二是牛顿的理论存在问题。

《流浪地球》中的行星轨道界面，设计师Behai_Design

行星由于受到干扰而偏离轨道是个完全合理的假设。事实上，的确存在这样的先例，最初看起来不合逻辑，但最终被证明是正确的。勒威耶认为水星附近存在一个未被发现的行星，他还以罗马神话中火神的名字“Vulcan”（中文名为“祝融星”）为之命名。

业余爱好者和职业天文学家也都热衷于在太阳的光芒中探寻和辨认这颗“潜伏”着的行星。

然而，唯一的问题是：这颗行星，从来都不存在。

在勒威耶的想象中诞生

19世纪的科学家和天文爱好者们为什么坚信“祝融星”是存在的呢？

当牛顿发现万有引力定律并提出运动三定律之后的大约两百五十年时间里，牛顿理论始终是物理学家和天文学家认识世界的主要依据，牛顿理论似乎完美地解释了科学家们眼中的所有天体运动。

18世纪的天文学首先在牛顿力学的基础上，用分析的方法研究太阳系的力学运动规律。19世纪，亚历克西斯·布瓦尔（Alexis Bouvard）解决了天王星的轨道问题，他大胆设想：“有另一颗行星在扰动着天王星。”然后勒威耶发现了海王星。

水星轨道

勒威耶坚持认为水星轨道的细小偏差是由于计算不够精确或者存在某些未知的因素造成的。然而，在充分考虑了所有因素之后，勒威耶所计算的水星进动残差值仍有38角秒的差异。

不愿意相信牛顿错了的勒威耶开始了一个大胆的设想：是否存在另外一颗行星，在天王星外面？当时的天文望远镜还不足以寻找得到那颗星星。于是勒威耶开始了艰难的计算，一个一个解，最后他算出，这颗星距离太阳36个天文单位，质量是地球的36倍，直径是3.3角秒，位于摩羯座一颗很亮的恒星东侧约5度的地方。

太阳系八大行星，来源：Pixabay

一位业余天文学家声称自己观测到了这颗行星，而这颗行星的位置正好就在引力理论所预测的位置上。至此之后，寻找祝融星就成了勒威耶及天文爱好者共同的任务。

但直到勒威耶病逝，祝融星依旧没有找到。

天文界并没有停止寻找祝融星，底特律天文台台长詹姆斯·克雷格·沃森（James Craig Watson）曾经发现过20多颗小行星，他在大日食的最佳观测地怀俄明州声称自己观测到了祝融星。然而同一时段的其他观测者都没有发现祝融星，人们开始觉得沃森的观测结果也许有误。尽管如此，也没有一个人怀疑引力理论的正确性，因为对于水星以外的其他观测结果，引力理论都十分精准。

牛顿的后继者在“祝融星”上陷入了僵局，随着时间的推移，人们渐渐遗忘了“祝融星”。如果这颗行星并不存在，那有没有可能牛顿理论并非那么无坚不摧？

从爱因斯坦的广义相对论中覆灭

1905年，爱因斯坦发表了大名鼎鼎的狭义相对论。

1915年，爱因斯坦的广义相对论体系构建完成，首先解决的问题就是解释水星轨道的扰动现象。

1915年11月的某一天，爱因斯坦输入了水星的轨道参数和水星与太阳的最小距离，将光速带入方程。当他完成了最后一步计算时，一个数字出现了。他凝视着结果。

爱因斯坦，来源：Pixabay

“很久以后，爱因斯坦试图再次描述他第一次得到这个重大发现时的感受，但他做不到了。后来他告诉他的朋友：那是心脏真正在胸腔里战栗的时候——真正的心悸。”《追捕祝融星》中这样写道：“通常，爱因斯坦是一个相当冷静的人，但在这一件事上，他极为激动。他告诉朋友，他整个人仿佛被击中了，感到心跳加速，好像有什么东西从身体里迸发出来。”

这个计算结果表明，一直以来天文学家们追逐的那颗在水星旁边的、被称为“幽灵之星”的“祝融星”并不存在。

11月18日，爱因斯坦在普鲁士科学院发表演讲，用尽量不带感情的语气公布了这一结果，展示他的科学成果，他花了十多年的时间才为引力的问题找到了满意的答案，并推导出了一组方程，可以描述质量和能量如何弯曲空间以及如何在弯曲的空间中运动。

爱因斯坦用精准的计算证明祝融星其实并不存在，水星轨道的偏离其实只是太阳因其巨大的质量使时空产生了凹陷，作为太阳系内离太阳最近的行星，水星深埋于太阳的引力凹坑中，所以其轨道自然也就远离了牛顿理论。

整个物理学界为之轰动。

祝融星的消失意味着几百年来牛顿所建立的经典力学大厦和整个牛顿物理体系轰然崩塌，现代物理学的大门被打开，进入了广义相对论时代。

编辑荐书

一颗不存在的“行星”，数百位科学家，近一个世纪的探索。

在《环球科学》2019年“最美科学阅读”榜单入选书目《追捕祝融星》中，作者托马斯·利文森（Thomas Levenson）用侦探小说般的叙事语言带我们围观了这场横跨近一个世纪的猎星传奇，叙事过程反转再反转，悬念十足。《自然》（Nature）杂志评价本书“精彩地讲述了祝融星的故事——从艾萨克·牛顿开始，贯穿科学史，优雅地揭示了科学思想进化的本质和爱因斯坦所创造的革命性奇迹”。

本书作者托马斯·利文森是美国麻省理工学院研究生科学写作项目的教授和主任，他为美国公共广播公司（PBS）、英国广播公司（BBC）等媒体大量撰稿，曾获得美国国家研究院传播奖、皮博迪奖（Peabody Award），以及美国科学促进会的西屋科学记者奖。

《追捕祝融星》是作者的代表作品，更是科学写作中的经典之作。这本书所讲的故事是“科学精神”（scientific spirit）的极佳诠释，在科学中，通向真理的唯一道路是实证的和理性的道路。

参考资料：

[1] 李醒民. 什么是科学精神[EB/OL]. 2014-12[2023-2]. https://www.cas.cn/zjs/201412/t20141226_4282098.shtml?bsh_bid=554254267.

[2] 牧羊. 物理博士生看《流浪地球2》是什么体验？[EB/OL]. 2023-1[2023-2]. https://mp.weixin.qq.com/s/aziW1g2ZGZqlvmt2jLbMnQ.