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众所周知，在我们所生存的这个世界，存在着诸多神秘，但是也存在着诸多巧合，有许多自然存在的真理有时候也可能会体现在某一种机缘巧合看似毫无相关的事物上，这或许也是宇宙有趣的体现之一。近日，科学家通过一项研究再次证明爱因斯坦是对的！而这项研究齐爱恰恰是将两种看似没有太大关联的事物连接在一起，它们就是圆周率π和广义相对论。 圆周率π 在3700年前，巴比伦的数学家们估计了一个圆的周长与直径的比值，而这个比值就是圆周率π的雏形。他们把他们的答案，第一个发现的π值，刻在一块简陋的粘土碑上：25/8，或3.125。 在接下来，研究人员借助功能强大的计算机计算出了这个比率的真实值（3.141592653……然后一直到无穷大）精确到50万亿个小数位。近日麻省理工学院的理论天体物理学家卡尔·约翰·哈斯特开展了一项研究，测得圆周率约为3.115。许多人对此不明所以，这对它的近似估计在精度上可能落后了几千年，但是其实这一事实与他的真正目标没有多大关系，哈斯特的真正目的是测试爱因斯坦的广义相对论，这个理论可以将引力与空间和时间的动力学联系起来，让我们洞悉更多关于宇宙的奥秘。 哈斯特是激光干涉重力波观测站（LIGO）科学合作组织的一员，他们主要研究有关物理定律的信息以及与引力波的关系，所谓引力波是黑洞等大质量物体相互螺旋时在时空中产生的涟漪。巧的是，哈斯特注意到了π出现在描述波传播方程的几个术语中。 突发奇想 哈斯特说，所有这些系数都取决于π。所以它突发奇想，如果我们改变π，会发生什么结果呢？随后他们开始检查测量结果是否与广义相对论一致。 哈斯特意识到他可以把π当作一个变量而不是常数。然后他可以对照LIGO对引力波的实验测量来检验引力波方程。如果哈斯特使用的π值接近其他方法已经确定的值，那么爱因斯坦的理论应该与测量值相匹配。如果广义相对论在圆周率不接近其真值时与LIGO的测量结果相匹配，那将表明这一理论仍然不够完善。通过尝试从-20到20的π值，哈斯特检查了20多个观测到的候选引力波事件，发现理论与实验相符的数字约为3.115。事实再一次证明爱因素的理论仍然是完美的，这是一次对广义相对论进行的有效而有力的检验。 研究过程 在这次的研究中心，π似乎一直都在出现，不仅是在引力波中，而且在氢原子中。然而，在引力波方程中出现π因子的原因让科学家更加兴奋。当引力波向外传播时，它会看到时空的曲率，包括过去产生的引力波所产生的能量。就像你投进平静池塘的第一块石头会在水面上发出平滑的涟漪。如果你紧接着又掉了一块石头，表面不再光滑，先前石头留下的波纹会干扰第二块石头留下的新波纹。引力波的工作原理类似，但介质本身是时空，而不是水。 结果 所以巧合的是，描述这种自相互作用效应的方程包含了π因子作为几个数值项的一部分。此前，LIGO在2016年对爱因斯坦理论的一次检验中，改变了单个术语，而不是在pi等几个术语中划出一个公共因子。因此这种方法足以作为广义相对论的一种检验。 但这仍然远远不是对这一理论的先验检验。一个问题是哈斯特数字的相对不确定性：他对π的近似值目前在3.027到3.163之间。要使它显著地锐化，需要观测中子星等较轻物体的合并，中子星产生的引力波可以比一对碰撞的大质量黑洞产生的引力波持续300倍的时间。就像试图识别一首未知的歌，一个人听得越多越好，这样才能越准确。目前，在现有的数据中，只有两个记录证实的中子星合并。 不过，并不是所有人都同意这种圆周率的检验方法，物流学的检验过程并不是这么简单就能一蹴而就，需要多方位地去考量。 |
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