对日食现象的记载最早(通过日食的观测人们可以干嘛)

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是人性的扭曲还是重力的下降？

琦君，作者

在过去的60年里，一位获得诺贝尔奖的经济学家在日食期间发现的奇怪现象一直困扰着物理学家，至今仍有争议。这种现象似乎违背了经典的引力理论，但没有人能完美地解释它，也没有人确定它是否存在。

中学的时候我们学过单摆，就是把一个重物挂在绳子上摆动。拉单摆，单摆会在固定的周期内晃动。但如果观察的时间足够长，就会发现单摆的摆面会逐渐转向。这种自转是地球自转造成的，南半球是逆时针，北半球是顺时针。

由于地球的自转，傅科摆的摆面会周期性地旋转。图片来源：维基百科

这种现象也被称为岁差。单摆的进动是由法国物理学家莱昂福柯在19世纪首先发现的。因此，这个单摆也被称为福柯摆，它第一次为地球自转提供了天文学之外的证据。

因为地球的自转，福柯的钟摆最终会打翻所有的多米诺骨牌。图片来源：美国克利夫兰自然历史博物馆

无论是今天测还是明天测，物理学家都不认为福柯摆的进动会有所不同，所以没有人天天观测福柯摆。事实上，美国国家航空航天局(NASA)指出，历史上对福柯摆的长期研究只有两次，而且两次实验都是由诺贝尔奖学者进行的。

第一位是1913年获得诺贝尔物理学奖的荷兰人海克卡末林昂内斯，另一位是1988年获得诺贝尔经济学奖的法国经济学家莫里斯科雷兹。

莫里斯阿莱。图片来源：nobelprize.org

赖已经连续30天在他巴黎的实验室里玩傅科摆，每14分钟释放一次摆并记录数据，例如旋转的角度。

在这30天里，恰好发生了1954年的日食，于是他观察到了一个与常识相反的现象：日食时，钟摆的摆动面居然往后移了！但日食过后，单摆恢复正常，摆面恢复到每分钟0.19度的匀速旋转。后来在1959年，阿来在地下57米处重复了这个实验，得到了类似的结果。

日食。图片来源：NASA

这个实验结果很惊人，用经典引力理论无法解释，所以归为“引力异常”。因为这个观察，阿莱在1959年获得了法国航空航天协会颁发的加拉伯特奖，同年，他获得了美国引力研究基金会的荣誉。

这种现象后来被称为科雷兹效应，阿来在1988年的诺奖演讲中也认真讨论过。他的意外发现发表后，很多研究者试图复制，结果出现了两个完全不同的学派。

例如，在美国1970年3月的日全食期间，哈佛大学的物理学研究人员Erwin Saxl和Mildred Allen使用扭摆获得了支持性的结果。这些研究人员说：“这个结果无法用经典引力理论来解释。”后来，这项研究发表在1971年的《物理评论D》上。

但1954年苏格兰和1965年意大利的观测却无法支持阿莱的结论。1991年和2010年发表在 Physical Review D 上 的两项分别在芬兰和阿根廷做的观测也都宣称没有检测到阿莱效应。

不同纬度的傅科摆。

在众多相互矛盾的研究前，阿莱虽不轻易退缩，但也没有十足的把握。1988年在诺奖致辞中阿莱表示：“在1954年6月30日的全日食期间，圆锥摆锤的振动面出现了异常。…1952年和1953年的观测无法让我得到任何确切的结论。一些实验仪器得到了这个效应，但是另一些仪器却没有。所有这些现象都是目前的主流理论很难解释的。”

研究日食时发生的物理现象确实很困难，因为日食的时间很短，因此观测到的现象可能是其他环境因素，比如地质活动引起的。一些人认为，阿莱的单摆可能受到了温度、压力、湿度等环境因素的影响，不关引力的事。

为了揭开这个困扰着物理学家们45年的谜团，1999年8月11日，NASA 集结了来自4大洲的7国家的观测站，进行了一次跨国实验。

当时这个项目的领导者 David Noever 称：“对阿莱原始实验数据的解释有三条，一是出现了系统性的错误，二是当地环境的效应，三是未知的效应。要排除前两种可能性的话，我们和其他观测者会在全球网络中使用不同的测量工具。”

不过，这项观测报告始终没有发表，实验本身也遭到了阿莱的批评，阿莱认为观测时间太短了。更蹊跷的是，Noever 在实验后很快离开了 NASA 和学术界，跑到阿拉巴马州在一家小小的技术公司入职，随着他的离去这次跨国观测的数据也一同销声匿迹了。

在1999年的跨国观测时，NASA 曾表示，研究者至少需要10年的时间才能让这场争论平息。果不其然，到了2009年，还有研究者在试图重复阿莱效应。

2009年7月22日的日食期间，中科院的物理学家们在杭州、湖州、上海、武汉四处进行了实验。不过，这次观测没有发现阿莱现象或任何引力异常，结果发表在2013年的中文期刊《地球物理学报》上。

阿莱现象就像一个飘荡在引力理论上的幽灵，许多物理学家不相信它的存在，因为对阿莱现象的解释大都非主流。

比如其中一个经常被科幻片提名的理论叫做引力屏蔽效应（gravitational shielding effect）。引力屏蔽效应指的是，两个物体间的重力加速度 g 会因为第三者的存在而发生变化。

按照这种理论，当月球挡在太阳前，也就是发生日食的时候，地球上的重力加速度会降低。这就好比如果你把一头大象垫在屁股下面当坐垫，那么地球对你的引力就降低了，你会感觉轻飘飘的如同插上了护翼。

荷兰代尔夫特理工大学的物理学研究者 Chris Duif 则表示，虽然他不太相信阿莱现象存在，但确实需要把阿莱现象上的不确定性打破，如果这个现象被证明为真，那将是物理学的一大革命。

话说回来，为什么 NASA 会对这个饱受争议的现象如此感兴趣？

因为 NASA 也曾结结实实地遭遇引力异常啊，都好几次了。

NASA 发射的两个空间探测器先驱者10号（1972年）和先驱者11号（1973年）在离开太阳系时均出现了无法解释的加速。伽利略号探测器（1990年12月）和会合-舒梅克号太空探测卫星（1998年）也曾获得来历不明的加速buff。

先驱者10号艺术畅想。图片来源：NASA

美国火箭之父韦恩赫尔·冯·布劳恩（Werner von Braun）听说了阿莱的发现后感到很激动，他认为阿莱现象或许可以解释这种莫名其妙的加速，他是站阿莱这一边的。

不管怎么说，阿莱对自己的跨界搅浑水感到很开心，他曾说：“我在理论物理和应用物理学里的研究乍看之下和我作为经济学家的主业相距甚远，但事实上这些研究给我带来了宝贵的体验。”

好嘛，经济学家一张嘴，物理学家跑断腿啊。

一黑屏就掉帧，这游戏引擎好垃圾啊。

参考资料：

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

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背景简介：文章2021年6月17日发表于微信公众号 把科学带回家（诺奖经济学家在日食时发现的诡异现象，至今还困扰着物理学家们），风云之声获授权转载。

责任编辑：孙远

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