一百多年前,爱因斯坦提出广义相对论,创造性地将一维时间与三维空间交织成四维时空,认为引力实际上是带质量物体弯曲时空的表现,并用一组方程对引力作出迄今为止最精确的描述。 时至今日,广义相对论已经得到了大量验证。从1919年对日全食的观测证实太阳会弯曲背景星光,到2015年人类首次探测到引力波,在过去的一百多年时间里,广义相对论一次次经受住了考验。现在,在银河系中心,广义相对论再次得到验证。 大家都知道,银河系中心存在一个质量超过太阳400万倍的超大质量黑洞,即人马座A*。这个超乎想象的宇宙巨兽创造了银河系最强的引力场,为科学家研究爱因斯坦的广义相对论提供了绝佳环境。 在一项发布在《科学》杂志上的新研究中,天文学家发现,一颗恒星运行到距离人马座A*最近的位置时产生的引力红移现象与广义相对论预言的完美契合。所谓引力红移指的是,光波在引力场中被拉长,向红端移动的现象。 上述恒星即著名的S2,亦名为S0-2,天文学家已经对其展开了长期观测。实际上,去年的一项研究就曾表明,人马座A*强大的引力场对S2产生的引力红移现象与广义相对论的预言完美契合。而本次最新的研究结果则来自另外一组独立的观测,排除了系统误差的可能性,进一步验证了广义相对论。 S2以一个椭圆轨道环绕着人马座A*,当运行到距离人马座A*越近时,S2发出的光波就会被拉得越长,引力红移现象也就越明显。S2在2018年3月速度达到最大值、5月运行到最接近人马座A*的位置、9月速度达到最小值。天文学家对这三个关键节点展开了详细观测,并分析了S2发出的光波的变化情况。另外,他们还结合1995年至2017年观测,重建了S2完整的运行轨道。最终结果表明,爱因斯坦又对了! 值得一提的是,虽然已经经受住一次次考验,但也不意味着爱因斯坦的广义相对论就完美无缺。比如,广义相对论无法与量子力学相协调,在黑洞内部将会失效,这一切令科学家无比头疼。显然,在此背后还隐藏着更为全面和深奥的物理理论。 |
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