以上兩個實例,就是科學史上萬有引力定律著名的部分實驗驗證。這些實例,充分顯示出科學理論對實踐的偉大指導作用和強大威力。這在哲學、文化史上也有重大意義:人類建立了有能力認識世界、認識自然的自信心,使思想得到解放。同時,也引出前述對冥王星的預測——一次錯誤的計算。
冥王星是太陽係九大行星中最後發現的一個。它的質量僅為地球的0.24%,約為1.43×1022kg;體積僅為地球的0.9%;但由於它在九大行星中形體最扁平,所以,其直徑卻大到約為地球的21%——指其赤道直徑公認值約為2 700km,是九大行星中質量最小、體積最小、平均距離太陽最遠的。其公轉周期為247.7年,自轉周期為6天9小時17分9秒。1978年5月,美國克裏斯蒂發現其衛星“冥衛一”,定名“卡戎”於同年7月7日公布,其公轉周期恰好與冥王星的自轉周期相同,成為太陽係中惟一的天然同步衛星。
“天狼”打“醉拳”
貝塞爾(1784~1846),德國天文學家、數學家。
1810年,貝塞爾任哥尼斯堡大學教授,他主持建立了哥尼斯堡天文台,且任終生台長。1834年,他用天文望遠鏡觀察“天狼星”時,偶然發現它並不沿“直線”——大圓的弧運動,而是沿波浪形的曲線運動,好像喝醉了酒的醉漢打“醉拳”一樣。咦!這是什麼原因呢?他分析後認為,這很可能是由於天狼星受另一顆緊挨著的星吸引被“攝動”造成的。經過10年觀察和仔細的計算,1844年他從理論上斷定這顆星的存在。
1862年即貝塞爾死後16年,美國天文學家克拉克根據貝塞爾的計算,將他新磨製的、要小試牛刀的18英寸天文望遠鏡對準天狼星時,果然看見了這顆星旁有一個伴星,即“天狼伴星”。貝塞爾未能看到的,但作出預言的結果被證實了。
天狼伴星是人類發現的第一個“白矮星”後來得知,它的體積不大,僅為太陽半徑的1/50,但密度卻大得驚人,為水的17萬多倍,為太陽的12萬多倍,故質量與太陽相當,為太陽的0.98倍。
天狼伴星的光很暗弱,後來得知,僅為太陽光度的2%。因此,即使用肉眼通過天文望遠鏡也不易發現。由此可見,貝塞爾當年不是通過它發的光,而是通過天狼星受它的“攝動”從而打“醉拳”來發現它,是很不容易的。這顯示出他具有很強的實驗觀察和思維計算能力。同時,也因該星暗弱,所以長期被人們誤以為是內溫很低的紅色星。直到1915年,才由美國天文學家亞當斯通過光譜分析確認,它是體積類似行星但質量卻類似恒星太陽的、溫度極高——表麵溫度約104K,比太陽表麵溫度還高的白(矮)星。
1924年,英國愛丁頓依據質量和光的關係推測,白矮星是質量與太陽相當的超密態天體,應具有譜線致寬的引力紅移效應。1925年,亞當斯用一具大色散的攝譜儀配置在2.5米口徑的大望遠鏡上,果然觀測到這一引力紅移,且紅移量與理論計算一致,這既為廣義相對論的驗證提供了又一實測數據(相對頻移量實測值6.6×10-5,理論計算值5.9×10-5),也證實了白矮星的高密度。1926年,美國物理學家福勒用剛誕生的量子力學建立了白矮星的簡並電子氣體理論,闡明了第四種物態即簡並物態的存在。其後,印度美籍天體物理學家昌德拉塞卡於1931年推導出白矮星具有質量上限,為太陽的1.44倍(1.44倍在天文學上稱“昌德拉塞卡極限”)。目前天體演化理論認為,白矮星是天體演化的幾種歸宿之一,依靠冷卻發光,最後變為“黑矮星”而走向死亡。
目前,已觀測到的白矮星在1 000個以上,據計算,恒星在核能耗盡後,如它的質量小於1.25個太陽質量,它將成為白矮星。如質量在1.25~2個太陽質量之間,將變為“中子星”,中子星的密度比白矮星還大1億倍。如恒星的質量在2個太陽質量以上,最終將變為“黑洞”。
貝塞爾生前還觀察到南河三星也以天狼星同樣的方式運行,推斷出它也有一顆伴星。這一推斷在1895年由美籍德國天文學家約翰·馬丁·舍爾勒的天文觀測所證實。