牛顿是他那个时代的数学天才。他良好的观察能力和抓地力使他能够在书中解释自然引力的基本力数学原理在一种既合乎逻辑又能证明一切的光线下,从岩石的下落到天体在空间中的运动。现在我们都知道,引力理论本身不足以准确预测和解释行星的运动,更不用说恒星和整个星系的运动了。当牛顿的万有引力理论被证明时,许多人认为这是一个最不可改变的计算,没有什么可以推翻它。然而,在几个世纪内,很明显,需要一种新的方法来解释主要理论,以准确地解释行星运动的椭圆曲线。
《原理》的第一版出版于17世纪80年代,它被认为是对世界上最强大的基本力的惊人洞察。在牛顿的一生中,他的理论一直屹立不倒,直到他发现引力谱的169年后,他的理论才终于出现了裂痕。现在,我们这些了解基本天文学的人都知道海王星和冥王星都不容易被观测到,当它最终被发现时柏林天文台的乌尔本·勒维耶,研究人员发现它在允许路径的一度内他没有太注意它。但是,这是第一个牛顿定律无法解释的例子。
接下来,水星的奇怪行为开始引起人们的关注。金星和地球的轨道基本上都是圆形的,但水星的轨道是椭圆形的,它与一个极端平均位置的距离比另一个极端平均位置远46%。火星也有类似的椭圆路径。这些都是围绕太阳运动的。你可以注意到它们之间的差异:
行星运动最初是由哥白尼和开普勒解释的。开普勒是第一个提出椭圆轨道的人但即使是他的理论也有例外,因为他声称在每一次轨道运行后,行星会回到它开始时的位置,但事实并非如此,因为开普勒假设行星是点质量,中间没有相互作用。恐怕根本不是这样,因为行星也会受到彼此运动的严重影响。
现在由于这些干扰,地球历年的差异和回到同一位置所需的时间彼此不同。公历年称为回归年,完整的公转周期称为恒星年。但是,恒星年的影响是什么呢?恒星年比恒星年长20分24秒。撇开这个问题的复杂性不谈,我们的星球在回归年不会360度旋转。它只是359.98604所以如果我们把度数分解成60角分,分分解成60秒,每个世纪,地球会移动5025 "秒。由于地球绕地轴旋转,地轴的位置也会受到影响,这就是我们所说的地轴移位。
以下是每个世纪所有行星及其变化的列表,按重要性递减的顺序排列:
- 金星:277.9”每世纪。
- 木星:153.6”每世纪。
- 地球:90.0”每世纪。
- 土星:7.3”每世纪。
- 火星:2.5”每世纪。
- 天王星:0.14”每世纪。
- 海王星:0.04”每世纪。
如果我们把它们都加起来,位移就等于5557 "当我们把地球也算进去的时候。这不是最新的发现,因为天文学家从3个世纪以来的数据使得早在19世纪后期就可以推断出它。虽然我们有观测结果,但没有理论可以解释为什么它确实发生了。数学家们开始预测各种各样的模型来帮助解释它。西蒙·纽科姆(Simon Newcomb)和亚萨·霍尔(Asaph Hall)提出的一个理论认为,如果重力与距离的2.0000001612次方成反比,而不是2,那么整个事情就可以解释了。但是,这个定律在地球上似乎很有效,为什么它在太空中会出现异常呢?这就是爱因斯坦的狭义相对论发挥作用的地方,并与纽科姆和霍尔的方法相结合;一个完美的解释是利用时空来获得良好的效果。所以,牛顿定律在研究天体时已经被宣布过时了,因为它们有能力影响时空曲线。根据爱因斯坦的理论,引力在很大程度上受到存在的质量的影响,因此,物体的质量越大,它所能发挥的引力就越大。
根据爱因斯坦的理论,引力在很大程度上受到存在的质量的影响,因此,物体的质量越大,它所能发挥的引力就越大。所以,爱因斯坦正确地预测了每世纪43″,但时空的概念是这样的,没有人能相信它,直到太阳自己弯曲光线才在物理学上证明了这个革命性的概念,最终取代了牛顿本人。以下是来自《纽约时报》的新闻片段:
所以,无论是引力波还是时空曲线内的波纹,还是修正后的行星运动,爱因斯坦在引力理论中的条款在很大程度上仍然成立。我们不能从牛顿那里拿走任何东西,因为他是主要的工作,新的引力理论包括了牛顿的全部概念,但时空的存在和质量对质量周围引力的影响改变了我们看待宇宙的方式,大约300年后,牛顿第一次取得突破。