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研究“極端恒星”16年,再次證明愛因斯坦廣義相對論正确

據最新一期《實體評論X》刊發的論文,一個國際團隊用16年時間研究了一對被稱為“脈沖星”的“極端恒星”,結果再次證明愛因斯坦關于引力的“廣義相對論”正确。據悉,這項研究是對愛因斯坦著名理論最嚴格的測試,并得到了10個國家的研究人員的支援。

研究“極端恒星”16年,再次證明愛因斯坦廣義相對論正确

愛因斯坦的廣義相對論預言,巨大的物體會扭曲它們周圍的時空。而美國宇航局的重力探測器B發現,地球周圍的時空确實被地球所彎曲,并被地球的旋轉運動所扭曲。

據報道,廣義相對論由愛因斯坦等人自1907年開始發展,最終在1915年基本完成。在廣義相對論中,引力被描述為時空的一種幾何屬性(曲率)。廣義相對論預言了時間流易、空間幾何、自由落體的運動以及光的傳播等問題,如引力場内的時間膨脹、光的引力紅移和引力時間延遲效應等。

廣義相對論的預言迄今為止已經通過了所有觀測和實驗的驗證。盡管廣義相對論并非當今描述引力的唯一理論,但卻是能夠與實驗資料相符合的最簡潔的理論。

研究“極端恒星”16年,再次證明愛因斯坦廣義相對論正确

一對脈沖星構成了“近乎完美的重力實驗室”,16年的研究是對愛因斯坦著名理論最嚴格的測試。

由德國馬克斯·普朗克射電天文研究所邁克爾·克拉姆(Michael Kramer)上司的國際研究團隊研究了一對脈沖星,以迄今為止“最精确的實驗室”來檢測愛因斯坦的力論。

這一對脈沖星由團隊成員在2003年發現,它們在短短147分鐘内圍繞對方運作,速度約為100萬千米/小時,其中一顆脈沖星每秒旋轉44次。這對同伴很年輕,旋轉周期為2.8秒。正是它們互相之間的運動,可以作為一個近乎完美的重力實驗室。

研究“極端恒星”16年,再次證明愛因斯坦廣義相對論正确

研究團隊觀測這對脈沖星,發現光确實被引力引起的強烈時空曲率所延遲。

脈沖星是一個高度磁化的旋轉緊湊型恒星,從其磁極發射出電磁輻射束。它們的重量超過了太陽,但它們的寬度隻有大約15英裡,是以它們是令人難以置信的密集物體,産生的無線電波束像燈塔一樣掃過天空。

研究團隊利用分布在澳洲、美國、法國、德國、荷蘭和英國的七台射電望遠鏡來觀測這對脈沖星,發現光确實被引力引起的強烈時空曲率所延遲。

廣義相對論早就預言了這種延遲現象,但這種延遲現象是被首次觀測到。這就是說,對兩顆極端恒星的16年研究證明了其運動模式與廣義相對論預言相一緻。

參與研究的加拿大不列颠哥倫比亞大學的Ingrid Stairs教授表示,研究人員跟蹤脈沖星發出的無線電光子的傳播,并跟蹤它們在伴生脈沖星的強引力場中的運動,結果第一次看到,由于伴星周圍時空的強烈曲率,光不僅被延遲,而且光被偏轉了0.04度的小角度。

“以前從未在如此高的時空曲率下進行過這樣的實驗。”他說。

據悉,愛因斯坦的廣義相對論理論在天體實體學中有着非常重要的應用。

比如它預言了某些大品質恒星終結後,會形成時空極度扭曲以至于所有物質(包括光)都無法逸出的區域“黑洞”。

該理論還預言,光線在引力場中的偏折會形成引力透鏡現象,這使得人們可能觀察到處于遙遠位置的同一個天體形成的多個像。

廣義相對論還預言了引力波的存在。引力波已經由雷射幹涉引力波天文台在2015年9月直接觀測到。

此外,廣義相對論還是現代宇宙學中的“膨脹宇宙模型”的理論基礎。

文/南都記者 陳林

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