愛因斯坦啊,你為何總是正確的?新觀測結果再次證明了廣義相對論

在人類科學史上,相對論無疑是最值得人們稱道的科學成就。在一百多年前,愛因斯坦就提出了狹義相對論和廣義相對論,直到今天,我們仍然還在試圖證明其中的理論,並且,每一次都證明:愛因斯坦是正確的。
去年的時候,科學家們公佈了人類歷史上第一張黑洞照片,正式“發現”了從愛因斯坦的相對論中推匯出來的這種天體,讓它從理論變成了實際,證明了愛因斯坦的正確性。
最近,科學家們新的一系列觀察,再次證明了相對論裡其他的論點。
愛因斯坦啊,你為何總是正確的?新觀測結果再次證明了廣義相對論
這裡要說明的是,愛因斯坦本人其實並沒有作出這麼多的推導,其實大部分的結果,都是其他科學家根據相對論順勢進行的推匯出來的。就比如我們剛才說的黑洞,其實是德國天文學家·卡爾·史瓦西利用愛因斯坦場方程所推匯出來的真空解。當然,如果沒有愛因斯坦的理論,這些科學家也無從去推導這些結果。因此,說到底,所有這些發現和成就,都有愛因斯坦的功勞。
除了黑洞之外,相對論告訴我們的另一個重要理論就是:空間是可以扭曲的。即使是三維空間,也可以像二維空間一樣,發生彎曲。而導致三維空間扭曲的,是質量,或者說引力。就像我們把一個球放在一張網上,網會凹陷下去一樣。任何物體放在空間中,空間也會“凹陷”,只不過,只有宇宙天體的質量級別,才能夠把空間扭曲到我們看得見的程度。
除此之外,科學家利用愛因斯坦的理論還推匯出:一個物體不僅可以透過質量扭曲空間,還可以透過旋轉來扭曲。
這個原理可以很形象地進行一個比喻:就好像你在一碗水中插進一根筷子,插筷子的水面就會凹陷,這是前面說的那個理論。如果你把筷子旋轉起來(注意不是攪拌,而是原地轉圈),筷子周圍的水也會跟著旋轉起來,這就是後面推匯出來的理論。這個理論,被稱作座標系拖曳效應,也叫慣性系拖曳效應。
形象地比喻之後,很多人會覺得這事好像很理所當然。可是,科學是需要證據的,必須要有觀測結果來證明。問題在於,該怎麼證明呢?
離我們最近的在旋轉的天體,就是地球了。因此,地球顯然是最好的選擇之一。
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為此,NASA聯合斯坦福大學,發射了一個造價達7.5億美元的重力探測器B,用以探測座標系拖曳和另一個愛因斯坦的理論。
重力探測器B測量座標系拖曳的方法說起來也並不很難理解,就是在地面上空642公里處安放4個陀螺儀。如果愛因斯坦的理論沒錯,那麼經過足夠長的時間後,這幾個陀螺儀就會有微小的偏轉,而偏轉的方向就應該是地球自轉的方向。當然,由於地球的質量放眼宇宙簡直微不足道,因此偏轉程度也極小,所以測量必須非常非常精密。
可是,就像我們說的,地球所能引起的座標系拖曳效應,實在是太過於微小,科學家是不能夠滿足的。必須要找質量更大的,旋轉更快的天體。
誰?
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緻密星!
緻密星大家應該已經很熟悉了,包括白矮星、中子星和黑洞。比如中子星,每立方厘米的質量可以達到數億噸,自轉速度甚至可以讓它每秒鐘轉幾百圈!而白矮星,則在各方面略遜一籌。
1999年的時候,澳大利亞科學家利用帕克斯射電望遠鏡,在2000光年以外發現了一個特殊的雙星系統PSR J1141-6545。在這個雙星系統中,包含一顆中子星,和一顆白矮星。即便是這顆白矮星,所能帶來的座標系拖曳效應就要比地球明顯1億倍。
但是,問題在於,我們又不可能飛到2000光年以外去安置陀螺儀,怎麼測量它周圍的座標系拖曳效應呢?
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妙就妙在,它周圍還有那顆中子星。
這一顆中子星是典型的脈衝星,這種天體可以發射出強大的射電束,科學家們形象地將它們比喻為宇宙中的燈塔。而這個射電束,就是重要的訊號。
正常來說,脈衝星的射電方向是固定的。而這一顆脈衝星如此特別,處在一顆白矮星旁邊。因此,它本身就可以代替陀螺儀,而且比陀螺儀還明顯。只要它的射電方向發生預期中的變化,那就證明白矮星的確導致了座標系拖曳效應。
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果然,經過十幾年的觀察,科學家們終於發現了脈衝星的微弱偏轉。事實證明,相對論推導的結果沒有問題。
愛因斯坦啊,為何你總是正確的!
天文學家介紹,座標系拖曳效應對於瞭解天體進動、研究天體演化有著重要意義,也可以幫助我們更好地瞭解黑洞。因此,這一次證明了愛因斯坦的理論,對於我們瞭解宇宙有著極大的幫助。
當然,在我們的面前,愛因斯坦還留下了許多高山,等著後人去翻越。不知道哪一天,我們才能跨越相對論的山和大海,繼續前往宇宙和星辰。

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