我們都聽說過水星軌道的進動問題是牛頓引力理論揮之不去的一朵烏雲，那麼你知道行星軌道進動是咋回事？其實牛頓的引力理論也可以預測出了光線在重力場中會發生彎曲，那麼它是怎樣在與新引力理論的角逐中落敗的？以及1919年的日食是如何改變我們對宇宙的理解。
牛頓物理學對海王星存在的成功預測
在19世紀，牛頓的引力理論和整體時空框架不僅解釋了地球上所有物體的加速運動，而且還解釋了所有已知行星的運動軌道。也對17世紀80年代才被發現天王星做出了一個令人難以置信的大膽預測。
下圖中如果你把牛頓的萬有引力定律應用到天王星上，你會得到一個非常具體的預測，那就是天王星在其軌道所有的點上應該如何運動。
以當時的觀測手段人們發現水星、金星、地球、火星、木星和土星都完美地遵循了牛頓的預測，但是到19世紀中葉，天王星已經被觀測了60多年，如果把牛頓的引力理論放到天王星上就發現有些不對勁了。
根據牛頓的引力理論，克卜勒的三大定律可以推導出來：
行星以太陽為焦點，沿橢圓軌道運動行星沿橢圓軌道運行的速度會發生改變，在相同的時間內掃過的區域（面積）是相等的行星軌道周期的平方與其軌道長半軸的立方成正比(對於圓軌道而言，是半徑的立方)。雖然第一定律和第三定律適用於天王星，但第二定律卻不適用！
上圖可以看出天王星在近日軌道比最初的預測速度要快很多，然後減慢到預期的速度，又進一步減慢到低於預測速度。這似乎與牛頓的理論相悖，在天王星的軌道上不應該有這麼快和這麼慢的速度！
上圖：藍色表示海王星，綠色表示天王星，木星和土星分別用青色和橙色表示。
以當時的理論基礎，沒有人敢質疑牛頓理論會不會出問題了！所以天文學家就意識到，如果在天王星的外部軌道有另一顆還未被發現的巨大行星拽著它的話，天王星軌道速度的異常現象就可以得到解釋。
當這顆未知行星在它的軌道上領先於天王星時，這就會導致天王星加速，當它們大致對齊(上圖中間)時，天王星會以預期的速度移動，當它落後於天王星時，就會導致天王星在其軌道上減速。
1846年，天文學家成功的在預測的位置發現了海王星，這似乎意味著牛頓引力理論的又一次偉大的勝利。但是好景不長，當我們的觀測手段得到改善時，我們發現以前認為完美符合牛頓理論的水星軌道卻出現了一些小問題！
水星軌道的進動問題
對水星近日點進動的計算實際上主要是根據牛頓定律進行，結果是每世紀=5,557.62角秒的進動，其中的90%是由坐標系的歲差引起﹐其餘的部分是由其他行星，特別是金星、地球和木星的攝動引起的，而實際觀測值為 =5,600.73角秒﹐二者相減得每世紀 43.11角秒。
上圖就是行星軌道的進動！其實所有的行星軌道都有一點進動，這意味著當行星圍繞太陽公轉時，行星軌道的路徑時不一樣的（上圖可以清晰地看到地球的軌道進動）。太陽系其他行星的軌道進動通過牛頓物理學都可以得到解釋，就是唯獨水星的軌道每世紀會比預測值多出43.11角秒，這一點牛頓物理學始終無法解釋，也困擾了人們幾十年。
19世紀末，電磁理論發展的早期﹐韋伯﹑黎曼等人也都曾試圖用電磁理論來解釋水星近日點的進動問題﹐但均未能得出滿意的結果。
那麼為什麼水星的軌道會以多出預測值43.11角秒的速度進動？當時人們就提出了三個替代的假設：
水星內部還有一顆行星，導致了近日點的進動，又想上演一次海王星的傳奇！牛頓引力定律需要稍加修改；也許不是1/r^2，而是1/r^(2 + )，最後這個（2+）被確定在2.1574牛頓引力需要用更完整的引力理論來取代。當然，根據以往經驗和前車之鑑，並且處於對牛頓物理學的捍衛，人們更願意選擇第一種可能！甚至當時在沒有發現這顆行星之前已經把名字起好了，稱為：火神。
上圖：假設存在於太陽和水星之間的行星：火神。
但是，在對太陽附近的新行星進行了一番徹底的搜索之後，沒有發現任何行星的蹤跡。水星的預測軌道和不斷改進的觀測結果之間的微小差異，已經開始讓一些人感覺到牛頓萬有引力定律可能是錯誤的。
牛頓說質量和距離是決定引力大小的因素。這是一種稱之為「遠距離作用」的力量，能夠瞬間吸引一切物質和瞬間消失。但是從1909年到1916年，一種新的理論誕生了。
新引力理論的誕生不僅解決了水星軌道問題，還提出了一個當時可觀測的偉大預測
伴隨新引力理論誕生的還有：光電效應，狹義相對論，和E=mc^2，這些理論的每一個都刷新了人們對世界本質的認識。
新的引力理論認為：引力不是由於質量引起的「遠距離作用」，而是說空間也時一種物質，也參與者所有物質的運動，物質和能量的存在會導致空間彎曲，並導致一切，甚至是無質量的東西，在我們所看到的引力作用下彎曲和變形。
新的引力理論不僅解決了水星進動問題，還做出了一下兩個簡單的預測：
解釋了牛頓引力沒有解釋的每世紀額外的43角秒。作為一個解釋引力簡單的解決方案，它還預測了黑洞的存在。並且也預測了當時的科技水平可測試的事情：光會被重力彎曲。
新引力理論的提出當時也不被人們接受，牛頓的支持者說，這沒什麼大不了的，不就是光線能彎曲嘛？如果我取E=mc^2，我知道光有能量，我可以用E/c^2代替牛頓方程中的「質量」，可以得到同樣的預測，牛頓的引力也會使光發生彎曲。但是牛頓和愛因斯坦的預測是一樣的嗎?
對牛頓引力理論和新引力理論的驗證
離我們最近最大的引力源也就是太陽的邊緣，愛因斯坦預測的光線彎曲度為牛頓彎曲的兩倍。對我們來說，日全食算是「經常」能看到的天文現象，在全食發生的那一刻，我們會遇到一種非常罕見的現象：在白天就可以看到星星。
在1918年6月8日的日食期間人們對兩種引力的預測首次進行了觀察，當時雲層阻礙了美國海軍天文臺進行的關鍵測量，所以第一次並沒有得到實際的驗證結果。因此，當下一次發生日食的時候，也就是1919年的5月29日所有人都做好了充足的準備。
1919年5月29日，劍橋天文臺主任阿瑟·愛丁頓爵士率領一支探險隊前往非洲觀察日全食，並協調另一支探險隊前往巴西索布拉爾進行類似的觀測。當目標恆星靠近太陽時，愛丁頓著手繪製恆星的位置圖，並觀察太陽是如何彎曲光線的。觀測的結果會與愛因斯坦還是牛頓的預測相吻合？還是太陽根本不會使星光彎曲?
1919年埃丁頓探險隊的真實底片和正片
當觀測結果出來後，結果證明愛因斯坦的預測是正確的，不會發生光彎曲和牛頓理論關於光彎曲的預測都被排除了。隨後的日食和其他測試更進一步發現了牛頓引力和愛因斯坦引力之間的差異，廣義相對論在每種情況下都取得了勝利。事實上，早在一張1900年日食的存檔照片中我們就能看出，這也與愛因斯坦的預測相吻合。所以理論上，我們甚至可以更早地驗證相對論！真實那個時候還沒出現這個理論。
但是1919年的這一天，我們對宇宙的認識永遠發生了改變。六個月後，當所有的數據分析完成時，愛因斯坦及其相對論在國際新聞界大放異彩。
紐約時報，1919年11月10日(左);《倫敦新聞畫報》，1919年11月22日(右)。
回顧愛因斯坦的每一個預測都經過了嚴格的檢驗，從引力透鏡效應到雙星脈衝星軌道衰變，再到引力場中的時間膨脹無疑都證實了廣義相對論是有史以來最成功的物理理論。