当日食发生时,地球上处在哪些区域的人们能观察到日食?

科学家在日食中发现了什么

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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。单摆就是把一个重物挂在绳子上，然后摆动。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。

因为地球的自转，傅科摆的摆面会周期性的旋转。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，福柯摆最终会把所有多米诺骨牌打翻。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，1959年，阿来获得了法航空宇航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。

1997年3月9日中国漠河日全食期间，英国国家物理实验室的杨新社和中科院的同事也观测到了奇怪的引力异常，为阿来的说法提供了侧面支持。

然而，1954年在苏格兰和1965年在意大利的观察不能支持阿莱的结论。发表在《物理评论D》上的1991年和2010年在芬兰和阿根廷进行的两次观察也声称没有检测到Alai效应。

不同纬度的福柯摆。

在很多矛盾的研究之前，阿来并没有轻易退缩，但他也没有完全确定。阿来在1988年的诺贝尔奖演讲中说:“1954年6月30日日全食时，圆锥摆的振动面出现异常。...1952年和1953年的观察不能给我任何明确的结论。有些实验仪器会得到这种效果，但有些不会。这些现象都是目前主流理论难以解释的。”

研究日食期间的物理现象确实很难，因为日食持续的时间很短，所以观测到的现象可能是其他环境因素造成的，比如地质活动。有人认为阿来的钟摆可能受温度、压力、湿度等环境因素影响，与重力无关。

为了解开这个困扰物理学家45年的谜团，1999年8月11日，NASA集结了四大洲七个国家的天文台，进行了一项跨国实验。

当时的项目负责人大卫·诺埃弗(David Noever)说:“阿来的原始实验数据有三种解释，一是存在系统误差，二是局部环境的影响，三是未知效应。为了排除前两种可能性，我们和其他观察者将在全球网络中使用不同的测量工具。”

但这份观察报告始终没有发表，实验本身也遭到了阿来的批评，他认为观察时间太短。更重要的是，Noever在实验后不久就离开了NASA和学术界，去了阿拉巴马州的一家小型科技公司工作。随着他的离开，这个国际观测的数据也消失了。

在1999年的越野观测期间，NASA曾表示，研究人员至少需要10年的时间才能平息这场争论。果然，在2009年，一些研究人员试图重复小巷效应。

2009年7月22日日食期间，中科院物理学家在杭州、湖州、上海、武汉进行了实验。但此次观测没有发现阿莱现象或任何重力异常，结果发表在2013年的中国期刊《地球物理学报》上。

阿来现象就像一个幽灵在引力理论中漂浮。很多物理学家不相信它的存在，因为对阿来现象的解释大多是非主流的。

比如科幻片经常提名的一个理论叫做引力屏蔽效应。引力屏蔽效应是指两个物体之间的引力加速度G会因为第三方的存在而发生变化。

根据这一理论，当月球位于太阳前方时，也就是月食发生时，地球上的重力加速度会减小。这就好比你把一头大象放在屁股下面当坐垫，那么地球对你的引力就会减小，你会觉得像插上了翅膀一样轻。

荷兰代尔夫特理工大学物理学研究员克里斯·杜伊夫(Chris Duif)表示，虽然他不太相信阿莱现象的存在，但确实需要打破阿莱现象的不确定性。如果这一现象被证明是真的，那将是物理学上的一次伟大革命。

话说回来，为什么NASA对这个有争议的现象如此感兴趣？

因为NASA实际上遇到过几次重力异常。

美国宇航局发射的两个探测器空，先锋10号(1972年)和先锋11号(1973年)，在离开太阳系时都经历了无法解释的加速。伽利略探测器(1990年12月)和rendezvous-Shoemaker探测卫星Tai 空 (1998年)也获得了来源不明的加速度buff。

先锋10艺术想象。图片来源:NASA

美国火箭之父沃纳·冯·布劳恩听说阿来的发现后非常激动。他认为阿莱现象可以解释这种无法解释的加速。他站在阿莱一边。

反正阿来对自己的跨界浑水很开心。他曾说，“乍一看，我在理论物理和应用物理方面的研究与我作为经济学家的主业相去甚远，但实际上这些研究给我带来了宝贵的经验。”

嗯，当一个经济学家开口说话时，一个物理学家会打断他的腿。

当屏幕黑屏时，框架会掉落。这个游戏引擎很垃圾。

参考资料:

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

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背景介绍:文章发表于2021年6月17日微信微信官方账号《把科学带回家》(诺贝尔奖经济学家在日食期间发现的奇怪现象至今仍困扰着物理学家)，风云之声获授权转载。

责任编辑:孙园

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