「需要比愛因斯坦更好的理論」布萊恩·考克斯提出廣義相對論挑戰

2020-12-05 星辰自留地

相對論的一般理論由阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)於一個多世紀前發布,以完善艾薩克·牛頓的萬有引力定律。該模型提供了對重力的統一描述,將其描述為時空或時空的幾何屬性,目前仍被科學家用作現代物理學中對重力的描述。愛因斯坦的理論具有重要的天體物理學意義,因為它暗示了黑洞的存在。黑洞是指空間和時間扭曲的空間區域,即使沒有光也無法逃脫。

然而,布萊恩·考克斯(Brian Cox)揭示了這些宇宙現象正在挑戰科學家認為他們知道的一切。

他在2019年告訴澳大利亞科學頻道:「黑洞很有趣,它們確實很奇怪。

「在過去的兩年中,我們進入了一個新的天文學時代,在那裡我們可以看到黑洞的行為

為了正確地描述它們並描述碰撞,您開始需要獲得對愛因斯坦理論的更好理解。

「我不認為我們知道,當銀河系和仙女座相撞時,黑洞是否會合併,但我們當然知道星系之間存在相互作用。

「我的猜測是它們最終可能會融合在一起,也許它們將不可避免地在數萬億年內合併,但是我們確實知道黑洞碰撞時會發生什麼,因為我們已經觀察到了。」

考克斯教授接著解釋了為什麼霍金輻射(由於量子效應而被黑洞釋放)可能是發展愛因斯坦理論的關鍵。

他補充說:「我們最新的檢測器,即所謂的重力波檢測器,令人難以置信地檢測到宇宙結構中的漣漪,黑洞等物體碰撞產生的時空漣漪。

「我們已經看到了宇宙中發生過多次黑洞相互碰撞並合併的事件

「所以我們知道的是,它們在碰撞時會失去一些能量,關於它們如何碰撞以及如何合併以及隨後得到的結果的預測與愛因斯坦的廣義相對論絕對吻合。

史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)可能最著名的是霍金輻射(Hawking Radiation),這是黑洞具有一定溫度並因此而輻射的想法。

「它們可以將能量和粒子再次輻射回太空。」

考克斯教授聲稱,科學家們需要找到一種方法,將兩種傳奇模型轉化為一種新理論。

他繼續說:「這將量子力學定律與原子和分子如何與愛因斯坦的引力理論相互作用的定律融合在一起。

「將這兩種理論融合在一起,可能是理論物理學中的最大挑戰。

「還沒有人能夠做到這一點,但是第一步是考慮黑洞。

「確實與描述宇宙起源,大爆炸或大爆炸之前發生的事情有關。

「最終,我們需要比愛因斯坦的理論更好的理論,而黑洞可能是目前這種理論的試驗場。」

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    愛因斯坦的廣義相對論重塑了引力理論,解決了牛頓理論所不能解決的問題。自1905年首次亮相以來,它已經通過了幾十個專門為它設計的實驗檢驗,但物理學家的挑戰其實才剛剛開始。到目前為止,我們還只是在牛頓的世界裡玩耍。不過,這一切很快就會改變。一些大膽的實驗將使用全新的探測設備和探測手段來研究引力在宇宙中一些最極端的天體周圍是如何起作用的。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    廣義相對論是現代物理學的主要組成部分。它基於空間的「彎曲」能力來解釋引力,或者更準確地說,它將引力與時空的幾何變化聯繫起來了。1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。
  • ——從萬有引力理論到廣義相對論
    水星近日點進動新理論誕生直到上世紀初,腦迴路清奇的愛因斯坦對統治物理界數百年的牛頓萬有引力理論發起了挑戰憑藉等效原理和廣義相對性原理,愛因斯坦於1916年提出了全新的引力理論——廣義相對論。在給出廣義相對論的引力場方程以後,愛因斯坦第一時間通過弱場近似方法求解引力場方程,並給出了廣義相對論下計算的水星近日點進動與牛頓理論的誤差值為43.03,與實際觀測值非常接近。
  • 有物理學家做了一項新試驗,對愛因斯坦理論提出挑戰
    自上世紀初愛因斯坦建立了狹義相對論,並提出了「光速是宇宙中最快的速度」後,無數物理學家對此提出過挑戰,希望證明這個理論是錯誤的,但大多無疾而終。最近一些物理學家又提出了一項新的實驗,來驗證愛因斯坦關於光速為常數的觀點是錯誤的,光的速度是可變的。當然證明這個新理論還需要做更多的工作。
  • 愛因斯坦的廣義相對論講的是什麼?
    廣義相對論描述的是物質與空間、運動與時空之間的精妙聯繫,揭示了萬有引力的本質。1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,狹義相對論的時空觀已經顛覆了經典時空觀,但是狹義相對論有一個非常大的缺陷,就是只能描述慣性系,無法描述非慣性系。狹義相對論的主要工作完成後,愛因斯坦著手把相對論推廣到非慣性系,在愛因斯坦苦思之時,腦海裡閃過一個想法——電梯思想實驗。
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    結合美國宇航局哈勃太空望遠鏡和歐洲南方天文臺甚大望遠鏡的數據,研究人員發現,此星系中引力的行為與阿爾伯特﹒愛因斯坦廣義相對論的預言相符,在星系的尺度上證實了這一理論的正確性。1915年,阿爾伯特﹒愛因斯坦提出廣義相對論,對引力如何起作用進行了解釋。自那以來,廣義相對論通過了一系列在太陽系內的高精度檢驗,但還從沒有在巨大的天文學尺度上對其進行過精確地檢驗。
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  • 提出廣義相對論以後,愛因斯坦對理論物理還做出過什麼貢獻?
    愛因斯坦是人類歷史上能夠和牛頓並列的最頂級科學家,他的最偉大成就就是狹義相對論和廣義相對論。愛因斯坦給出狹義相對論時26歲,給出廣義相對論時36歲。1919年,愛丁頓的實驗證實了廣義相對論,愛因斯坦從此坐穩了科學領袖和科學明星。
  • 愛因斯坦的相對論的提出始末,有沒有實驗的驗證?
    愛因斯坦的狹義與廣義相對論是否得到了實驗的驗證?愛因斯坦創立的相對論絕對是現代物理學的頂梁柱,它從誕生到如今,一直都是當代物理學研究的熱點,而且近半個多世紀以來的重大科學成果都與相對論有關係。那麼,愛因斯坦是如何創立這兩個理論的呢?
  • 提出廣義相對論30多年後,愛因斯坦仍在擔憂這件事
    來源:環球科學1915年,愛因斯坦提出了廣義相對論。作為20世紀最偉大的科學理論之一,廣義相對論經過時間的檢驗,已經成為現代物理學的重要基石。但鮮為人知的是,即使到了20世紀50年代,由於缺乏實驗證據,對廣義相對論感興趣的人也並不多。因此,愛因斯坦試圖將廣義相對論推廣為新的理論。
  • 愛因斯坦最偉大的勝利:一個廣義相對論的世紀!
    我們今天觀察到的星系聚類量是重力作用於宇宙時間的標誌,並允許測試廣義相對論是否適用於這些尺度。1915年11月,阿爾伯特愛因斯坦發表了四篇論文- 每篇論文相隔一周,然後是1916年3月的一份總結論文 - 他在論文中提出了他的廣義相對論,並吹響了人類的集體思想。愛因斯坦早期的狹義相對論(1905年)已經足夠令人困惑,因為它與空間和時間有著千絲萬縷的聯繫。
  • 愛因斯坦相對論面臨考驗,理論可能處在「崩潰邊緣」
    一組科學家聲稱,一項關於黑洞碰撞的研究有可能「吞下」阿爾伯特·愛因斯坦不朽的廣義相對論。阿爾伯特·愛因斯坦1915年發表的廣義相對論是物理學領域的突破,這個理論塑造了我們對黑洞、引力以及重物體如何扭曲其周圍空間和時間結構的理解。
  • 如果沒有愛因斯坦,《相對論》會被推遲多久才提出?
    同樣地,愛因斯坦的成就也是建立在前人探索的基礎之上的。到目前為止,還沒有發現超越時代背景而提出跨時代的理論。牛頓力學,相對論以及量子力學都是基於時代背景的。沒有愛因斯坦,狹義相對論的發現應該會推遲5~10年,而廣義相對論可能就推遲的時間比較長了,我認為這個尺度應該是10~50年。
  • 愛因斯坦是如何發現狹義和廣義相對論的?
    相對論創立初期整個理論體系就非常完善了,但是壓根沒人相信他,為什麼?就是因為沒有實驗驗證,直到愛丁頓在1919年觀測到了和廣義相對論相符的日食現象,愛因斯坦和相對論才開始慢慢被大家接受,而愛因斯坦提出狹義相對論的那一年是1905年,足足過去了14年。
  • 黑洞源於廣義相對論,但愛因斯坦曾經卻否認黑洞的存在,為什麼?
    一種是先發現事物,然後再進行研究,得出理論,從而指導實踐。另一種是直接通過理論推導出某種事物的存在,然後再去尋找和發現它。黑洞無疑屬於後者。對於今人而言,黑洞已經沒有過往那麼神秘,我們不僅通過觀測發現了黑洞的存在,更是取得了人類歷史上首張黑洞照片。但在人類真正觀測並取得黑洞照片之前,黑洞便已經從理論中誕生,而孕育黑洞的理論就是愛因斯坦所提出的廣義相對論。