1919年5月29日，于非洲西海岸的普林西比岛，英国天文学家亚瑟·爱丁顿对一场长达五分钟的日食展开观测，拍下了人类历史上最为重要的一张日食照片，亚瑟·爱丁顿，其出生于1882年，逝世于1944年。经过半年的数据分析，他们在伦敦召开新闻发布会，瞬间成为全世界头条：爱因斯坦的相对论取得胜利，爱因斯坦，其出生于1879年，逝世于1979年。
引力理论里，相对论属人类历史上最为成功的，自诞生起已过去一百多年，期间它所作出的预测，从来都未曾失败过。更为关键重要的是，它把人们长久以来秉持的信念给颠覆了，这个信念是空间与时间客观存在着，在此之后还对哲学以及大众文化施加了影响。
拍摄日食照片的其中之一是爱丁顿所拍的荷兰物理学家科学家，后来它出现在了1920年发表的论文里。图片的来源是 。
撰文 戚译引
光有速度吗？
提及相对论的故事，那是要从光速开始说起的，在相对论诞生之前呢，物理学界针对光的讨论已然持续了三百年 。
按照爱因斯坦的理论来讲，真空中的光速乃是宇宙里最快的速度，如今我们清楚这个速度大概是每秒30万公里。然而，也许是鉴于日常生活里很难觉察到光速的存在，在往昔，人们常常假定光速是无限的。
于17世纪时，伽利略（ ，1564 - 1642）率先尝试进行光速的测量，予以两位观察者各一盏灯，A起先将灯点亮，B目睹之后亦点亮自身的灯，接着计算A从点灯起始至看到B灯的时间差，因受到当时实验条件的限值，他未获成功，纵然使两人相距一英里（约1.6千米），测量所得结果与他们靠在一起之际相差无几。
17世纪末的时候，科学家们又一次进行尝试去测量光速，此次所依靠的是木卫食这种现象，也就是在地球上进行观测之时，木星会把它的卫星遮挡住的那种现象。丹麦的天文学家奥勒·罗默，他出生于1644年，逝世于1710年，他发现，当地球和木星之间相距的距离有所不同时，木卫食出现的周期是不一样的，在距离比较远的时候，木卫食出现得会更晚一些，大概相差10分钟，这表明在这个时候木卫反射出来的光要花费更长的一段时间才能够抵达地球。罗默觉得这个现象能够证明光速是有限的。
呈现有关于测量光速的示意图，于当地球从 L 点转向 K 点之际，首个木卫食出现的时间，相较于依据运算周期所推算得出的时间，要晚上几分钟，罗默认定这便是光在经过 LK 这段路程从而耗费的额外时间，反之，当处于地球从 F 点转向 G 点这种情况时，木卫食出现的时间就会比计算结果更早，图片来源为罗默在 1676 年所发表的论文，。
就如同所有新出现的理论那般，这个得出的结论并没有马上就被接纳，一直到1728年，曾出现过当地历史当中规模最大的火灾的哥本哈根，罗默的好多观测资料瞬间就被毁坏殆尽 。
而在大火发生前一个月，于北海的对岸，英国的天文学家詹姆斯·布拉德雷（James ，1693 - 1762），对光速作了更为精确的测量。布拉德雷进一步估算太阳光抵达地球的用时为 8 分 13 秒，和现代的观测结果仅有几秒钟的差别。
水波还是颗粒？
光速的测定回答了一个问题，然而却引出了更多的问题，光是怎样传播的呢，在不同介质里，光速所发生的变化又是怎样的呢 ？
17世纪时，物理学家着手对光的本质予以研究。荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯，也就是1629至1695年的那位，觉得光是一种波，于“以太”里如同水波那般进行传播。他和同时代科学家一样，认定以太是一种充满所有空间的流体，地球之所以能围绕太阳转动，是由于太阳带动了以太的漩涡。
光是一种微粒的说法，是艾萨克·牛顿（Issac ，1623-1727）提出的、与波动说不一样的理论，波动说能解释光的反射和折射，却解释不好光沿直线传播的原因。为解释棱镜实验结果，牛顿指出，光如同足球赛里的“香蕉球”那样，在通过棱镜时会划出一道曲线，恰如网球被斜拍打出去时的情形 。
这两类学说于阐释光速改变之际出现了分野：属于波动说的观点是，光于折射率更大的介质里速度较小，然而归为微粒说的推导结果却恰恰相反。直至19世纪中叶时分，科学家才借由实验测定出不同介质中的光速，最终将微粒说予以推翻。
最著名的“失败”实验
然而，波动的学说并非已经全然获取了胜利。于那个特定的时期，波动说借助以太的存有来予以诠释，但是以太究竟是呈现出怎样的模样呢 ？
19世纪时，物理学家对于以太的存在并不持怀疑态度，然而，在针对它的性质予以解释的这个过程当中，却遭遇了诸多的艰难阻碍。举例来说，偏振这一现象能够表明，光存在着相对于传播方向的横向振动情况，这也就意味着，以太属于一种弹性固体，原因在于，在像空气这类的弹性流体当中，并不会出现这样的现象。可是，倘若以太是一种固体，那么行星究竟要怎样穿过它呢？
1887年，在美国的克利夫兰开展了名叫“迈克尔逊 - 莫雷实验”的著名实验，该实验旨在检验以太方面的性质，设计此实验的是阿尔伯特·迈克尔逊（ ，1852 - 1931）以及爱德华·莫雷（ ，1838 - 1923）。这个实验的原理并不复杂：倘若，假设地球是在以太当中进行运动的，那么当光线朝着顺着以太运动的方向行进时，其速度应该会比朝着逆行方向行驶的时候要来得更快一些，这就如同在顺着水流游动的时候会感觉更加轻松容易是一样的道理。
为确保实验装置处于水平且稳定的位置，迈克尔逊与莫雷把它安置在一块浮于水银中的大理石板上，他们使一束光从光源(a)起始，历经一面与光传播方向呈45度角的半透明分光镜(b)，此镜片使一部分光径直通过，另一部分光被反射，分别抵达两面镜子(c、d)，倘若光束抵达两面镜子并返回的时间不一样，便会呈现相位差，最后于中间形成干涉条纹 。并且，随着仪器进行转动，光的路径，与以太流动方向的相对位置，发生了变化，那么留学之路，干涉条纹应当是会发生移动的。
迈克尔逊-莫雷实验原理图。图片来源：
然而，纵使历经多次重复性的实验，迈克尔逊以及莫雷却并未察觉到干涉条纹出现显著地移动，在当时那群从事实验物理研究的科学家们眼中，该实验结果证实了以太跟地球处于相对静止的状态，这使得他们内心深感极为困惑且不解。
待到步入20世纪之际，绝对温标的创制者开尔文讲道：“两朵乌云……将把光与热判定为运动形式的动力学理论的美妙与清晰给遮蔽了。”其中一朵乌云是指黑体辐射，另一朵则是尚未寻得理想阐释的迈克尔逊 - 莫雷干涉实验。
拨云见日
1895年，荷兰的物理学家亨德里克·洛伦兹（ ，1853至1928），把当时电磁学的研究成果结合起来，作出了大胆的假设：要是物体本质上是依靠电磁力结合在一起的，那当物体在有电磁性的以太当中运动时，就有可能沿着它运动的方向缩短。经过复杂的计算，洛伦兹提出了洛伦兹变换，用来解释不同参考系中运动的换算关系。
1921 年，爱因斯坦与洛伦兹。图片来源：
接近于狭义相对论的洛伦兹，只是尚未放弃以太，其他实验物理学家也未放弃，他们尝试运用更灵敏的仪器去重复实验，或者前往海拔更高之处重复实验。
那个年代的物理学家们为何会那般固执地坚信一种如此不可捉摸的物质存在呢？如今的我们对此或许觉得难以理解，可是在20世纪，否定以太可以讲就意味着否定物质与时间的永恒。并且，以太的存在暗藏着一个假设，即存在绝对客观、始终不变的空间参考系。从哲学层面上讲，物质占据确定的空间，时间依固定的步调流逝，这是人类心里对世界的固有认识 。
而是爱因斯坦率先察觉到，绝对空间以及绝对时间的观念乃是想象里的虚拟产物，它被人类的经验所限定。实际上，对于统一系统的观测成果取决于观察者所处的位置，处于同一系统里的观察者跟处于另一个系统中的观察者所看到的情形是不一样的。也就是说，时间跟空间并非是绝对的，而是相对于观察者而言的。
若承认空间具备传播电磁波的能力，那么对于那个无形且不可触碰的以太，便可摒弃对其的依赖 ，爱因斯坦及合作者后来于书中写道：
我们去尝试让以太变成实在之物的所有努力都遭遇了失败了，它既不展现出它的力学结构，又不呈现绝对运动状况，除了当初发明以太时所赋予它的一种性质，也就是传播电磁波的能力外，其它任何性质都不存在了，我们尽力去探寻以太性质，然而所有努力都引发了困难与矛盾，历经这么多次失败之后，当下应当是彻底舍弃以太的时候了，往后再也不要提及它的名字了。
——《物理学的进化》
爱因斯坦在洛伦兹变换的基础之上，此变换是一种理论基础，于1905年时提出了狭义相对论，这一理论具有重要意义，进而又在1915年提出了广义相对论。句。
伟大的五分钟
能怎样去验证相对论到底正不正确呢？在好多方面，相对论所推出的结果跟牛顿力学大体上是一样的，只是在宇宙的这种尺度之下，这两者才会出现不一样的情况。存在有几个关键的现象能够成为检验这个新理论的试金石，其中的一个那就日食。
依照爱因斯坦的理论，光线行经引力场之际，路线会出现弯折。当日食出现之时，太阳周边的恒星将不会再被太阳的光亮遮掩，并且鉴于太阳引力的作用，恒星发出的光线在抵达地球之前产生了弯折，所以我们所见到的恒星的位置会偏离它们的实际位置，详细来讲，位移值是1.74角秒。
早在相对论全部得以完善之前的几年时间里，爱因斯坦就已经提出了这样的预言，然而在战争年代组织一场日食观测是何等困难，德国的天文学家至少三次尝试进行观测，美国的天文学家也至少三次尝试进行观测，可总是由于天气方面的原因而没办法拍摄，最为倒霉晦气的是1914年8月的那一回，埃尔温·芬莱 - 弗罗因德里希（Erwin -，1885 - 1964）和威廉·华莱士·坎贝尔（ ，1862 - 1938）前去俄国准备拍摄，就在这个时候德国向俄国宣战了。于是，日食尚未开始，俄国便逮捕了来自德国的弗罗因德里希之后，表示要就被俘虏的士兵进行交换，提出了交换被俘虏士兵的要求。
坎贝尔身为美国人，获得留下进行拍摄的机会，然而却遭遇了阴天的情况。日食结束之后，他快速地撤离了俄国，就连所带来的珍贵专用仪器都未曾运走。
当时，坎贝尔担任里克天文台台长，他差一点便可用证据来证明相对论。图片来源：
在英国，爱因斯坦的论文，是经过从荷兰偷运过来的途径，抵达了当时身为英国皇家天文学会秘书长的爱丁顿手上。爱丁顿对其很感兴趣荷兰物理学家科学家，他经过设法克服当时国内存在的激烈反德情绪的过程，把爱因斯坦的工作介绍给同行，并且着手去准备这次日食观测。
一战在这时已无比接近末尾阶段，整体局势呈现出极度紧张的态势。爱丁顿秉持着贵格教的信仰，内心坚决反对战争，他多次进行申请希望能够免除服兵役，差一点就因为这个举动而被送进监狱。他有一位既是同事而且还是好友的人，名叫弗兰克·戴森（Frank Dyson，1868 - 1939），同样出面为他向相关方面进行求情，尝试运用国家荣誉去说服军方。
爱丁顿能讲得上是极度幸运，他于最后时刻被免去兵役。紧接着，在1918年11月11日，第一次世界大战宣告结束。随后，爱丁顿跟同事们马上着手准备前往普林西比岛，去等候那次时长仅5分钟的日食观测。为了保证毫无差错，他又派遣另一队人员前往巴西的索布拉尔，去拍摄备用照片。
本次拍摄进展极为顺遂。直至1919年11月，爱丁顿团队于伦敦举办新闻发布会。身处德国的爱因斯坦正卧于病床之上，借由荷兰的转播知晓了此讯息。
经过了一战结束那么多年之后，爱因斯坦与爱丁顿俩人才第一次会面。图片的来源是PHOTO ，。
寻找引力波
两年之后，在这次日食观测过后，爱因斯坦荣获了诺贝尔物理学奖，然而此奖项所表彰的并非是因相对论，而是鉴于他“对于理论物理所作出的贡献，特别在于针对光电效应方面的理论阐释”。这个奖项的颁发略显尴尬：在这个时候，爱因斯坦早就已经名声大噪，提名他获奖的呼声极为高涨；可是广义相对论依旧没能得到完全证实，所以只能另外寻觅一个理由来给他颁奖 。
广义相对论除了预言了日食之外，还把引力红移和引力波的性质做 了揭示。引力红移是什么现象呢，它就是光的波长依从引力场之增强 而有所添加，朝着红端进行移动的那种情况。所以呀，对于同一种 元素，在恒星之上所产生的光谱线，会比在地球上所产生的光谱线 显得更“红”。而这样的现象，一直到1925年才被观测证实了。
对于引力波而言，爱因斯坦曾有过一度的怀疑，怀疑它是不是真实存在。在他离世六十年后，引力波才被人类首次给捕获到，观测的最终结果于2015年时得到了证实。现如今，美国的激光干涉引力波天文台，也就是LIGO，以及意大利的Virgo天文台依旧在抬眼仰望着夜空。它们已经成功捕捉到了双黑洞并合或者双中子星并合所产生的引力波，然而当前最新的某些观测数据还未被完成分析，天文学家觉得那或许是黑洞把中子星给吞噬掉所产生的信号。要是这个猜想最终被证明是真实的，那么它会成为相对论给予我们的又一个令人意外的事。
在大众文化中，爱因斯坦的形象已经成为科学的象征。图片来源：