引力大发现!爱因斯坦的广义相对论经受了科学家的最新考验!

文章作者:bianji3 | 2018-07-20
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  进入黑洞就意味着连光都没法逃逸出来,但在《星际穿越》中,身在黑洞之中的男主角通过引力波穿越时间和空间的维度给女儿传递了摩斯电码。如今,这种现象终于被证实存在。

  最新实验使用已计算好质量的天体来检验广义相对论预测结果是否成立。科学家希望通过该理论揭晓宇宙某些谜团。

  

图中是ESO 325-G004星系形成的“爱因斯坦环”。科学家通过测量恒星如何移动,从而计算出前景星系ESO 325-G004的质量。之后他们计算了环绕该星系的爱因斯坦环曲率,从而确定它对周围空间的变形程度。

  据国外媒体报道,爱因斯坦的广义相对论在过去100多年里,能预测并验证1910年代实验范围之外的科学研究,并且经受了科学家的最新考验。

  目前研究人员进行传统实验,进一步验证爱因斯坦广义相对论的正确性。通常科学家会观察宇宙天体扭曲空间结构的程度,从而确定它的质量大小。一项最新实验推翻了该观点,而是使用已计算好质量的天体来检验广义相对论预测结果是否成立。虽然广义相对论对物理学家带来了麻烦,但他们希望通过该理论揭晓宇宙某些谜团。

  质量可以扭曲空间结构是广义相对论的一个基本部分,科学家通过分析宇宙星系团如何扭曲途经周围的光线,进行了多次观察验证。据悉,科学家首次观察到该现象是1919年太阳日食期间,漆黑的太阳轻微地改变了背景恒星的位置。目前,他们继续观测这一现象,并发现较重前景天体能够显著扭曲光线,从而使背景恒星和星系看上去像空中一个圆环。

  研究人员使用其中一个“爱因斯坦环”进行这项实验,他们通过测量恒星如何移动,从而计算出前景星系ESO 325-G004的质量。之后他们计算了环绕该星系的爱因斯坦环曲率,从而确定它对周围空间的变形程度。描述星系质量弯曲效应的数值被称为“伽马值(gamma)”,理论预测它的数值应该等于1。

  依据发表在《科学》杂志的这项研究报告,科学家计算出的伽马值是0.97,换句话讲,我们的观测数据与理论预期是非常一致的。研究报告作者、英国朴茨茅斯大学托马斯·科利特(Thomas Collett)说:“这证明了时空扭曲质量的方式是完全正确的。”

  其他研究人员对于科利特和研究小组的工作感到非常兴奋,英国牛津大学博士后泰莎·贝克(Tessa Baker)说:“通过对该星系的详细观察,科利特能够对未被充分探索的星系等级进行重力测试。”

  为什么我们要继续测试爱因斯坦的广义相对论呢?因为宇宙一直处于膨胀,并且膨胀加速,这是由某种未被解释的神秘力量“暗能量”所导致的。理论物理学家正在寻找关于暗能量的一些解释,有些人猜测可能存在一种宏观理论,更大天体的空间曲率有所不同,但是至少对于这个星系而言,广义相对论是成立的,对宏观理论中伽马数值调整较大是不可行的。

  未涉及这项研究的美国宾夕法尼亚大学博士后杰里米·萨克斯坦(Jeremy Sakstein)告诉媒体记者称,我们有可能找到一些理论,能够证明太阳系内伽马值是1,但在星系等级上是不一样的。本质上,这是需要理论学家必须克服的另一个障碍。

  做一个较抽象的比喻,这就如同迷失在城市中心,被告知为了找到正确的道路有几个方向不能走,而每当广义相对论通过另一个测试,理论学家却很少迷失方向。

  贝克指出,当然广义相对论也存在着一定的局限性。科利特在论文中指出,当前可以建模引入不确定因素,例如:恒星在理论上的运动方式与相对于它们在银河系中运动方式存在着差异。这只是一个星系而已,一些理论不会被单一的测量结果所排除。

  科学家将继续对广义相对论进行检测,毕竟在宇宙中仍存在着许多引力谜团。

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