愛因斯坦預言的時空扭曲現象最近被科學家們在中子星附近觀測到,中子星是目前人類在宇宙中可以觀察到的天體中密度最大的一種。時空扭曲是愛因斯坦相對論的內容之一,目前,科學界還存在著爭議。
美國的科學家們稱,他們最近在中子星附近成功地觀測到了時空扭曲現象,這再次證明了愛因斯坦時空扭曲理論的正確性。
美國宇航局和密西根大學的天文學家們稱,在中子星周圍觀測到一些鐵氣體的線形拖尾,證明的確存在時空扭曲,並稱可以據此推算出天體的大小限度。美國宇航局戈達德太空飛行中心和馬裡蘭大學的研究小組成員蘇蒂普-巴塔查耶表示,由於科學家們曾在黑洞甚至地球周圍觀測到過同樣的扭曲,因此次此發現並非驚人之事,然而它對於解答物理學的基本問題意義重大。巴塔查耶說:「這屬於基礎物理學範疇,在中子星中心可能存在著各種奇異的粒子或物態,如夸克物質,由於我們無法在實驗室進行模擬實驗,因此找出答案的唯一方法就是去了解中子星。」
通常來說,測量到的過熱的鐵原子光譜線應有均勻對稱的峰值。然而,天文學家們的測量結果卻顯示出了歪斜的峰值,這意味著出現了相對論效應的扭曲。他們認為,氣體的飛速運動(和相對強大的地心引力)導致了光譜線的扭曲,形成更長波長的拖尾。同時,這些測量工作使得科學家們可以判定恆星的最大尺寸。密西根大學的XMM牛頓研究小組成員愛德華-卡克特說:「我們看到鐵氣體就在中子星表面外部飛速旋轉,由於該圓盤內部顯然不可能比中子星表面繞行更緊密,因此這些測量使我們可以確定中子星直徑的最大尺寸。根據我們估算,中子星直徑最大不過20.5英裡(33公裡)。」
愛因斯坦提出的廣義相對論是現代物理學的奠基石,其要義是兩個物體間之所以存在引力,是因為重力場使四維時空發生扭曲。1919年發生日食時的觀測結果證實太陽的質量使星光彎曲。1976年,美國宇航局的重力探測A計劃,把一個原子鐘送入離地1萬公裡的太空中,證實了愛因斯坦提出的重力會使時間慢下來的推測。理論上說,可以通過監視繞地球運行的一個陀螺儀的轉軸位置來驗證時空扭曲的發生。在確定了參考星座後,如果發生時空扭曲,那麼陀螺儀的轉軸和參考星座的方向關係就會發生改變。根據牛頓力學原理,一個陀螺儀和一個參考星座方向對齊後,如果沒有外力幹擾,就會始終保持對齊。但是根據愛因斯坦理論,由於地球自轉和重力場引起的時空扭曲會造成陀螺儀和參考星座的相對方向發生改變。
愛因斯坦預言的時空扭曲現象最近被科學家們在中子星附近觀測到,中子星是目前人類在宇宙中可以觀察到的天體中密度最大的一種。來自美國密西根大學和美國宇航局的天文學家聲稱,他們觀測到了圍繞中子星的鐵原子氣體呈現的模糊環線出現了扭曲現象,這一發現同時也顯示了宇宙中的某些天體有體積上的限制。
在黑洞周圍也有因為時空扭曲而出現的暗塊現象,甚至地球周圍也會有輕微的這種現象。美國宇航局哥達德宇航中心的研究小組成員蘇迪普·巴塔卡亞說:「儘管這一現象本身沒有什麼特別驚人的,但是這一發現對解釋某些物理學基本問題意義重大」。
這個問題屬於基礎物理學範疇,那裡可能存在一些非常特別的粒子,或者處於奇特狀態的物質——例如夸克等等。在中子星的中心位置可能會存在這些在試驗室裡無法製造的物質,想要解開其中的秘密只有研究中子星。
中子星的狀態等同於將太陽那麼大質量的物質,壓縮到一座城市那麼大體積的球體裡。幾茶杯中子星物質的重量就和珠穆朗瑪峰的質量差不多。天文學家利用這種內塌陷星體作為天然的試驗室,以驗證在自然條件下物質原子在極度高壓的情況下到底能夠壓得多緊。
要解開這些死亡恆星內部的秘密並不簡單,科學家們要做的第一步就是準確地測量中子星的直徑和質量。在最近同時進行的兩項觀測活動中,天文學家使用了歐洲宇航中心的X光天文臺和美日聯合開發的X光設備觀測了三顆中子星,他們還研究了在中子星外圍的氣態鐵環,這些鐵原子以光速40%的速度圍繞中子星運行,形成了奇特的環狀氣雲。
一般來說,高溫鐵原子氣體的光譜應該呈對稱峰線分布,但是由於高溫鐵原子的高速運動和來自中子星的巨大引力,其光譜峰線呈現不對稱的形狀,使得其光波波長變長。這一測量結果可以幫助科學家計算死亡恆星的最大體積,科學家們發現外圍鐵原子氣體圍繞中子星成環形運動,而測量鐵蒸汽環的內徑就可以估算中子星的直徑。科學家們認為中子星的直徑應該不超過20.5英裡(約合33公裡),該篇研究報告的詳細內容已經發表在8月號的《天體物理雜誌通訊》上。
參考-夸克百科