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爱因斯坦啊,你为何总是正确的?新观测结果再次证明了广义相对论

原创
2020-02-07  科学求知...

在人类科学史上,相对论无疑是最值得人们称道的科学成就。在一百多年前,爱因斯坦就提出了狭义相对论和广义相对论,直到今天,我们仍然还在试图证明其中的理论,并且,每一次都证明:爱因斯坦是正确的。

www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网去年的时候,科学家们公布了人类历史上第一张黑洞照片,正式“发现”了从爱因斯坦的相对论中推导出来的这种天体,让它从理论变成了实际,证明了爱因斯坦的正确性。

最近,科学家们新的一系列观察,再次证明了相对论里其他的论点。

这里要说明的是,爱因斯坦本人其实并没有作出这么多的推导,其实大部分的结果,都是其他科学家根据相对论顺势进行的推导出来的。www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网就比如我们刚才说的黑洞,其实是德国天文学家·卡尔·史瓦西利用爱因斯坦场方程所推导出来的真空解。www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网当然,如果没有爱因斯坦的理论,这些科学家也无从去推导这些结果。因此,说到底,所有这些发现和成就,都有爱因斯坦的功劳。

除了黑洞之外,相对论告诉我们的另一个重要理论就是:空间是可以扭曲的。即使是三维空间,也可以像二维空间一样,发生弯曲。而导致三维空间扭曲的,是质量,或者说引力。就像我们把一个球放在一张网上,网会凹陷下去一样。任何物体放在空间中,空间也会“凹陷”,只不过,只有宇宙天体的质量级别,才能够把空间扭曲到我们看得见的程度。

除此之外,科学家利用爱因斯坦的理论还推导出:一个物体不仅可以通过质量扭曲空间,还可以通过旋转来扭曲。

这个原理可以很形象地进行一个比喻:就好像你在一碗水中插进一根筷子,插筷子的水面就会凹陷,这是前面说的那个理论。www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网如果你把筷子旋转起来(注意不是搅拌,而是原地转圈),筷子周围的水也会跟着旋转起来,这就是后面推导出来的理论。这个理论,被称作坐标系拖曳效应,也叫惯性系拖曳效应。

www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网形象地比喻之后,很多人会觉得这事好像很理所当然。可是,科学是需要证据的,必须要有观测结果来证明。问题在于,该怎么证明呢?

离我们最近的在旋转的天体,就是地球了。因此,地球显然是最好的选择之一。

为此,NASA联合斯坦福大学,发射了一个造价达7.5亿美元的重力探测器B,用以探测坐标系拖曳和另一个爱因斯坦的理论。

重力探测器B测量坐标系拖曳的方法说起来也并不很难理解,就是在地面上空642公里处安放4个陀螺仪。www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网如果爱因斯坦的理论没错,那么经过足够长的时间后,这几个陀螺仪就会有微小的偏转,而偏转的方向就应该是地球自转的方向。当然,由于地球的质量放眼宇宙简直微不足道,因此偏转程度也极小,所以测量必须非常非常精密。

可是,就像我们说的,地球所能引起的坐标系拖曳效应,实在是太过于微小,科学家是不能够满足的。www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网必须要找质量更大的,旋转更快的天体。

谁?

致密星!

致密星大家应该已经很熟悉了,包括白矮星、中子星和黑洞。比如中子星,每立方厘米的质量可以达到数亿吨,自转速度甚至可以让它每秒钟转几百圈!而白矮星,则在各方面略逊一筹。

1999年的时候,澳大利亚科学家利用帕克斯射电望远镜,在2000光年以外发现了一个特殊的双星系统PSR J1141-6545www.xjlottery.gov.cn_【官方首页】-新疆体彩网。在这个双星系统中,包含一颗中子星,和一颗白矮星。即便是这颗白矮星,所能带来的坐标系拖曳效应就要比地球明显1亿倍。

但是,问题在于,我们又不可能飞到2000光年以外去安置陀螺仪,怎么测量它周围的坐标系拖曳效应呢?

妙就妙在,它周围还有那颗中子星。

这一颗中子星是典型的脉冲星,这种天体可以发射出强大的射电束,科学家们形象地将它们比喻为宇宙中的灯塔。而这个射电束,就是重要的信号。

正常来说,脉冲星的射电方向是固定的。而这一颗脉冲星如此特别,处在一颗白矮星旁边。因此,它本身就可以代替陀螺仪,而且比陀螺仪还明显。只要它的射电方向发生预期中的变化,那就证明白矮星的确导致了坐标系拖曳效应。

果然,经过十几年的观察,科学家们终于发现了脉冲星的微弱偏转。事实证明,相对论推导的结果没有问题。

爱因斯坦啊,为何你总是正确的!

天文学家介绍,坐标系拖曳效应对于了解天体进动、研究天体演化有着重要意义,也可以帮助我们更好地了解黑洞。因此,这一次证明了爱因斯坦的理论,对于我们了解宇宙有着极大的帮助。

当然,在我们的面前,爱因斯坦还留下了许多高山,等着后人去翻越。不知道哪一天,我们才能跨越相对论的山和大海,继续前往宇宙和星辰。

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