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諾貝爾獎(jiǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)家在日食期間發(fā)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象仍然困擾著物理學(xué)家

作者七君

近60年來，一位諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主在日食期間發(fā)現(xiàn)的奇怪現(xiàn)象一直困擾著物理學(xué)家，此后一直備受爭(zhēng)議。這種現(xiàn)象似乎違背了經(jīng)典引力理論，但沒有人能完美解釋，也沒有人確定它是否存在。

中學(xué)的時(shí)候?qū)W單擺，就是把重物掛在繩子上，然后擺動(dòng)。拉動(dòng)單擺，單擺就會(huì)以固定的周期晃動(dòng)。但如果觀察久了，就會(huì)發(fā)現(xiàn)單擺的擺動(dòng)面會(huì)逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)。這種自轉(zhuǎn)是地球自轉(zhuǎn)造成的，南半球是逆時(shí)針，北半球是順時(shí)針。

由于地球的自轉(zhuǎn)，?？聰[的擺面會(huì)周期性的自轉(zhuǎn)。圖片來源：維基百科

這種現(xiàn)象也叫進(jìn)動(dòng)。單擺的進(jìn)動(dòng)最早是法國(guó)物理學(xué)家萊昂?？略?9世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的。所以這個(gè)單擺也叫?？聰[，第一次提供了超越天文學(xué)的證據(jù)。

因?yàn)榈厍虻淖赞D(zhuǎn)，福柯擺最終會(huì)敲出所有的多米諾骨牌。圖片來源：美國(guó)克利夫蘭自然歷史博物館

無論是今天測(cè)量還是明天測(cè)量，物理學(xué)家都不認(rèn)為?？聰[的進(jìn)動(dòng)會(huì)有什么不同，所以沒有人每天觀察福柯擺。事實(shí)上，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)指出，歷史上對(duì)福柯擺的長(zhǎng)期研究只有兩次，兩次實(shí)驗(yàn)都是由諾貝爾獎(jiǎng)學(xué)者進(jìn)行的。

第一位是荷蘭人黑克?？丝┝职簝?nèi)斯，他于1913年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，另一位是法國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家莫里斯科雷茲，他于1988年獲得諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)。

莫里斯阿萊。圖片來源：nobelprize.org

阿來已經(jīng)在巴黎的實(shí)驗(yàn)室里連續(xù)玩了30天的福柯擺，每14分鐘就放出一次擺，記錄下旋轉(zhuǎn)的角度等數(shù)據(jù)。

在這30天里，恰好1954年發(fā)生了一次日食，于是他觀察到了一個(gè)反常識(shí)現(xiàn)象：日食期間，單擺的擺動(dòng)面居然轉(zhuǎn)回來了！但日食過后，單擺恢復(fù)正常，擺面恢復(fù)到每分鐘0.19度的勻速。后來，在1959年，阿來在57米的深度重復(fù)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，得到了類似的結(jié)果。

日食。圖片來源：美國(guó)宇航局

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是驚人的，無法用經(jīng)典重力理論解釋，所以被歸類為“重力異常”。由于這一觀察，阿萊于1959年獲得法國(guó)航空航天協(xié)會(huì)的加拉伯特獎(jiǎng)，同年獲得美國(guó)重力研究基金會(huì)的榮譽(yù)。

這種現(xiàn)象后來被稱為科雷茲效應(yīng)，阿萊也在1988年的諾貝爾獎(jiǎng)演講中鄭重討論過。他的意外發(fā)現(xiàn)發(fā)表后，很多研究人員試圖復(fù)制，出現(xiàn)了兩個(gè)完全不同的流派。

例如，在1970年3月美國(guó)日全食期間，哈佛大學(xué)的物理研究人員歐文薩克斯(Erwin Saxl)和米爾德里德艾倫(Mildred Allen)利用扭擺獲得了支持性的結(jié)果。這些研究人員說：“這個(gè)結(jié)果不能用經(jīng)典引力理論來解釋?！边@項(xiàng)研究發(fā)表在1971年的《物理評(píng)論D》上。

1997年3月9日中國(guó)漠河日全食期間，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的楊新社和中科院的同事也觀測(cè)到了奇怪的引力異常，為阿來的說辭提供了側(cè)面支持。

然而，1954年在蘇格蘭和1965年在意大利的觀察并不能支持阿萊的結(jié)論。1991年和2010年發(fā)表在《物理評(píng)論D》上的在芬蘭和阿根廷的兩項(xiàng)觀察也聲稱沒有檢測(cè)到阿萊效應(yīng)。

不同緯度的傅科擺。

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在眾多相互矛盾的研究前，阿萊雖不輕易退縮，但也沒有十足的把握。1988年在諾獎(jiǎng)致辭中阿萊表示：“在1954年6月30日的全日食期間，圓錐擺錘的振動(dòng)面出現(xiàn)了異常?！?952年和1953年的觀測(cè)無法讓我得到任何確切的結(jié)論。一些實(shí)驗(yàn)儀器得到了這個(gè)效應(yīng)，但是另一些儀器卻沒有。所有這些現(xiàn)象都是目前的主流理論很難解釋的。”

研究日食時(shí)發(fā)生的物理現(xiàn)象確實(shí)很困難，因?yàn)槿帐车臅r(shí)間很短，因此觀測(cè)到的現(xiàn)象可能是其他環(huán)境因素，比如地質(zhì)活動(dòng)引起的。一些人認(rèn)為，阿萊的單擺可能受到了溫度、壓力、濕度等環(huán)境因素的影響，不關(guān)引力的事。

為了揭開這個(gè)困擾著物理學(xué)家們45年的謎團(tuán)，1999年8月11日，NASA 集結(jié)了來自4大洲的7國(guó)家的觀測(cè)站，進(jìn)行了一次跨國(guó)實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)時(shí)這個(gè)項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者 David Noever 稱：“對(duì)阿萊原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解釋有三條，一是出現(xiàn)了系統(tǒng)性的錯(cuò)誤，二是當(dāng)?shù)丨h(huán)境的效應(yīng)，三是未知的效應(yīng)。要排除前兩種可能性的話，我們和其他觀測(cè)者會(huì)在全球網(wǎng)絡(luò)中使用不同的測(cè)量工具。”

不過，這項(xiàng)觀測(cè)報(bào)告始終沒有發(fā)表，實(shí)驗(yàn)本身也遭到了阿萊的批評(píng)，阿萊認(rèn)為觀測(cè)時(shí)間太短了。更蹊蹺的是，Noever 在實(shí)驗(yàn)后很快離開了 NASA 和學(xué)術(shù)界，跑到阿拉巴馬州在一家小小的技術(shù)公司入職，隨著他的離去這次跨國(guó)觀測(cè)的數(shù)據(jù)也一同銷聲匿跡了。

在1999年的跨國(guó)觀測(cè)時(shí)，NASA 曾表示，研究者至少需要10年的時(shí)間才能讓這場(chǎng)爭(zhēng)論平息。果不其然，到了2009年，還有研究者在試圖重復(fù)阿萊效應(yīng)。

2009年7月22日的日食期間，中科院的物理學(xué)家們?cè)诤贾?、湖州、上海、武漢四處進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。不過，這次觀測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)阿萊現(xiàn)象或任何引力異常，結(jié)果發(fā)表在2013年的中文期刊《地球物理學(xué)報(bào)》上。

阿萊現(xiàn)象就像一個(gè)飄蕩在引力理論上的幽靈，許多物理學(xué)家不相信它的存在，因?yàn)閷?duì)阿萊現(xiàn)象的解釋大都非主流。

比如其中一個(gè)經(jīng)常被科幻片提名的理論叫做引力屏蔽效應(yīng)（gravitational shielding effect）。引力屏蔽效應(yīng)指的是，兩個(gè)物體間的重力加速度g會(huì)因?yàn)榈谌叩拇嬖诙l(fā)生變化。

按照這種理論，當(dāng)月球擋在太陽前，也就是發(fā)生日食的時(shí)候，地球上的重力加速度會(huì)降低。這就好比如果你把一頭大象墊在屁股下面當(dāng)坐墊，那么地球?qū)δ愕囊徒档土?，你?huì)感覺輕飄飄的如同插上了護(hù)翼。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的物理學(xué)研究者 Chris Duif 則表示，雖然他不太相信阿萊現(xiàn)象存在，但確實(shí)需要把阿萊現(xiàn)象上的不確定性打破，如果這個(gè)現(xiàn)象被證明為真，那將是物理學(xué)的一大革命。

話說回來，為什么 NASA 會(huì)對(duì)這個(gè)飽受爭(zhēng)議的現(xiàn)象如此感興趣？

因?yàn)?NASA 也曾結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)地遭遇引力異常啊，都好幾次了。

NASA 發(fā)射的兩個(gè)空間探測(cè)器先驅(qū)者10號(hào)（1972年）和先驅(qū)者11號(hào)（1973年）在離開太陽系時(shí)均出現(xiàn)了無法解釋的加速。伽利略號(hào)探測(cè)器（1990年12月）和會(huì)合-舒梅克號(hào)太空探測(cè)衛(wèi)星（1998年）也曾獲得來歷不明的加速buff。

先驅(qū)者10號(hào)藝術(shù)暢想。圖片來源：NASA

美國(guó)火箭之父韋恩赫爾·馮·布勞恩（Werner von Braun）聽說了阿萊的發(fā)現(xiàn)后感到很激動(dòng)，他認(rèn)為阿萊現(xiàn)象或許可以解釋這種莫名其妙的加速，他是站阿萊這一邊的。

不管怎么說，阿萊對(duì)自己的跨界攪渾水感到很開心，他曾說：“我在理論物理和應(yīng)用物理學(xué)里的研究乍看之下和我作為經(jīng)濟(jì)學(xué)家的主業(yè)相距甚遠(yuǎn)，但事實(shí)上這些研究給我?guī)砹藢氋F的體驗(yàn)?！?/p>

好嘛，經(jīng)濟(jì)學(xué)家一張嘴，物理學(xué)家跑斷腿啊。

一黑屏就掉幀，這游戲引擎好垃圾啊。

參考資料：

https://docs.qq.com/doc/DVFdHWmhHSUxNQ3R1

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