【原】愛因斯坦啊，你為何總是正確的？新觀測結(jié)果再次證明了廣義相對論

姿勢分子_ 2020-02-07

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在人類科學(xué)史上，相對論無疑是最值得人們稱道的科學(xué)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?nèi)匀贿€在試圖證明其中的理論，并且，每一次都證明：愛因斯坦是正確的。

去年的時候，科學(xué)家們公布了人類歷史上第一張黑洞照片，正式“發(fā)現(xiàn)”了從愛因斯坦的相對論中推導(dǎo)出來的這種天體，讓它從理論變成了實(shí)際，證明了愛因斯坦的正確性。

最近，科學(xué)家們新的一系列觀察，再次證明了相對論里其他的論點(diǎn)。

這里要說明的是，愛因斯坦本人其實(shí)并沒有作出這么多的推導(dǎo)，其實(shí)大部分的結(jié)果，都是其他科學(xué)家根據(jù)相對論順勢進(jìn)行的推導(dǎo)出來的。就比如我們剛才說的黑洞，其實(shí)是德國天文學(xué)家·卡爾·史瓦西利用愛因斯坦場方程所推導(dǎo)出來的真空解。當(dāng)然，如果沒有愛因斯坦的理論，這些科學(xué)家也無從去推導(dǎo)這些結(jié)果。因此，說到底，所有這些發(fā)現(xiàn)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(fā)生彎曲。而導(dǎo)致三維空間扭曲的，是質(zhì)量，或者說引力。就像我們把一個球放在一張網(wǎng)上，網(wǎng)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(zhì)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(xué)家利用愛因斯坦的理論還推導(dǎo)出：一個物體不僅可以通過質(zhì)量扭曲空間，還可以通過旋轉(zhuǎn)來扭曲。

這個原理可以很形象地進(jìn)行一個比喻：就好像你在一碗水中插進(jìn)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(zhuǎn)起來（注意不是攪拌，而是原地轉(zhuǎn)圈），筷子周圍的水也會跟著旋轉(zhuǎn)起來，這就是后面推導(dǎo)出來的理論。這個理論，被稱作坐標(biāo)系拖曳效應(yīng)，也叫慣性系拖曳效應(yīng)。

形象地比喻之后，很多人會覺得這事好像很理所當(dāng)然?？墒?，科學(xué)是需要證據(jù)的，必須要有觀測結(jié)果來證明。問題在于，該怎么證明呢？

離我們最近的在旋轉(zhuǎn)的天體，就是地球了。因此，地球顯然是最好的選擇之一。

為此，NASA聯(lián)合斯坦福大學(xué)，發(fā)射了一個造價(jià)達(dá)7.5億美元的重力探測器B，用以探測坐標(biāo)系拖曳和另一個愛因斯坦的理論。

重力探測器B測量坐標(biāo)系拖曳的方法說起來也并不很難理解，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，那么經(jīng)過足夠長的時間后，這幾個陀螺儀就會有微小的偏轉(zhuǎn)，而偏轉(zhuǎn)的方向就應(yīng)該是地球自轉(zhuǎn)的方向。當(dāng)然，由于地球的質(zhì)量放眼宇宙簡直微不足道，因此偏轉(zhuǎn)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，地球所能引起的坐標(biāo)系拖曳效應(yīng)，實(shí)在是太過于微小，科學(xué)家是不能夠滿足的。必須要找質(zhì)量更大的，旋轉(zhuǎn)更快的天體。

誰？

致密星！

致密星大家應(yīng)該已經(jīng)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(zhì)量可以達(dá)到數(shù)億噸，自轉(zhuǎn)速度甚至可以讓它每秒鐘轉(zhuǎn)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(xué)家利用帕克斯射電望遠(yuǎn)鏡，在2000光年以外發(fā)現(xiàn)了一個特殊的雙星系統(tǒng)PSR J1141-6545。在這個雙星系統(tǒng)中，包含一顆中子星，和一顆白矮星。即便是這顆白矮星，所能帶來的坐標(biāo)系拖曳效應(yīng)就要比地球明顯1億倍。

但是，問題在于，我們又不可能飛到2000光年以外去安置陀螺儀，怎么測量它周圍的坐標(biāo)系拖曳效應(yīng)呢？