廣義相對論預言的時空漣漪已經露出破綻

2021-02-15 三體網

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三體網訊  愛因斯坦的相對論無疑是偉大的理論，相對論解釋了水星環繞太陽的奇怪軌道、猜測了日食中的光線偏移現象以及預言了引力紅移等，並讓物理學界一百年來一步一步地驗證。根據愛因斯坦的理論，科學家們驗證了星系的引力對光的偏折、參考系拖拽和等效原理等。然而，愛因斯坦的廣義相對論中所預言的引力波因其信號微弱，很難被測量，一百年來還一直未被證實。最近，「發現引力波」的傳言鬧得沸沸揚揚，我們暫且不論這個傳言的真假，先扒一扒引力波這貨。

引力波，用一句簡單的話描述就是「時空的漣漪」。根據廣義相對論的預言，宇宙中大質量物體的碰撞和黑洞的形成會釋放出引力波。


愛因斯坦認為，所謂時空，就是空間三維+時間一維，只要有物質存在於時空，就會使其彎曲，至於怎麼彎曲則取決於物質的質量及分布狀態。一個物體會使得時空發生扭曲，而這一現象則通過引力表現出來。比如，太陽的引力就是因為其對時空的扭曲產生的，離它越近的地方，時空被扭曲得越嚴重，引力也就越強。在這個扭曲的時空裡，行星就算再想按直線行走，也得乖乖就範，老老實實地繞著太陽轉。

當物體移動或質量發生改變時，就會使時空產生波動，從而產生引力波。就好比平靜的水面上放置一個皮球，當它靜止時，其周圍的水面會「凹陷」，但水面還是平靜的。


但是，如果這個皮球動起來或質量突然發生改變，那麼水面就會泛起波紋，並向外傳播，越來越微弱。引力波也很相似，所以把引力波比喻成時空的漣漪再合適不過了。

但是，這一波動是微乎其微的，我們只能憑藉超高精度的儀器來測量宇宙中最猛烈的事件產生的時空波動來偵測這些神秘的引力波。其中，超新星爆發和雙黑洞是我們的重要偵測目標。

目前來說，全世界測量引力波最可靠的系統是美國的雷射幹涉引力波觀測站（LIGO）其擁有兩套幹涉儀，一套設置在路易斯安娜州的李文斯頓，另一套在華盛頓州的漢福。兩者相距3000千米，其中在李文斯頓的幹涉儀有一對直徑1.2 米、長4千米的封閉真空管，而在漢福的略小一點，長度只有2千米。


LIGO的兩套幹涉儀通過三角測量來確定引力波的強度和方向，但是自其2002年服役以來仍舊一無所獲。2015年，科學家們對其進行了改良，大大的提升了LIGO的測量精度。另外，科學家還提出了建造太空引力波探測儀的構想，以更進一步地提升測量精度。

科學家們費盡心機地尋找引力波，不僅僅是為了驗證愛因斯坦的預言，更重要的是為了窺探人類長久以來從未見過的宇宙的一面。如果本次的傳言屬實，那麼這必將是人類探索宇宙的歷史上裡程碑式的事件！

小三

2016.1.19


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  • 時空的囚籠,廣義相對論預言的宇宙中最奇特天體——黑洞簡史
    這就是愛因斯坦的廣義相對論作出的幾個理論預言之一——星光偏折現象。但根據計算，兩者預言的結果是不一樣的，廣義相對論所預言的星光偏折程度會更為嚴重。在廣義相對論作出預言三年後的1919年，英國物理學家愛丁頓通過對非洲日全食的觀測，證明了廣義相對論的正確性，他拍攝到的星光偏移程度與廣義相對論的計算相當吻合，與牛頓萬有引力理論的計算則存在較大的誤差，廣義相對論的空間彎曲理論大獲全勝。
  • 廣義相對論驗證引力是由時空扭曲產生!
    時空扭曲產生引力，創造出神奇宇宙奇觀。牛人們總是在一開始本部能夠得到大眾的認可，就像愛因斯坦，他的廣義相對論所提及的引力在一開始因為只是一個猜想而不被外界所認同，直到最後的以證明人們才不得不接受了這一事實。
  • 檢驗廣義相對論,還要經歷「三重門」?
    作為關於時空的理論，廣義相對論自然也沒有「免檢合格」的權利。雖然在過去的一個世紀，它在各種挑戰面前屹立不倒，但對它的檢驗還會持續下去。尤其考慮到過去的檢驗都是在弱引力場中開展的，科學家期望未來能在中子星、黑洞等天體附近的強引力場中一試它的對錯。屆時，這個一世紀前愛因斯坦靠一張紙、一支筆搞出來的理論，將遭受更加嚴格的審查。
  • 愛因斯坦的廣義相對論,是如何解決牛頓理論解決不了的問題?
    那裡將是廣義相對論真正要接受考驗的地方。強大的望遠鏡已經在尋找脈衝星——恆星死亡後留下的緻密核心——信號中的微小變化。很快，全世界的一項共同努力將第一次拍攝到黑洞的樣子。巨大的引力波探測器還將掃描數千個星系，尋找宇宙時空結構中的微小漣漪。這些實驗——其中一些是有史以來最雄心勃勃的設想——要檢驗的是一個在110年前用鉛筆和紙寫下的理論。
  • 愛因斯坦百年前預言13億光年外的時空漣漪
    愛因斯坦1916年發表廣義相對論時，就已經預測過重力波的存在。在廣義相對論發表之前，科學家們一直認為「空間」是恆定不變的，物質和能量存在於其中，不過愛因斯坦的理論指出，實際上空間和能量、質量間都相互有關連，且隨著時間的推移，空間也會發生變化。
  • 愛因斯坦廣義相對論預言成真,原因是在這裡
    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。
  • 量子力學與廣義相對論
    量子力學和廣義相對論是目前人類描述微觀世界和宏觀世界的兩套比較精確的理論。然而這兩套理論卻是各自為政的，量子力學掌管著微觀尺度，而廣義相對論則掌管著宏觀尺度。然而問題來了，微觀跟宏觀的界限在哪裡呢？也就是說多小的尺度才是微觀？
  • 科學家發現引力波,圓滿了愛因斯坦廣義相對論,它的意義非凡
    愛因斯坦最偉大的成就就是相對論的提出，尤中廣義相對論是人類探索宇宙重要的指引。不過，愛因斯坦的廣義相對論並不完整，它還缺乏一個重要的東西，那就是引力波。在物理學中，引力波是指時空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量。
  • 科學家再次探測到引力波 「時空漣漪」知多少
    人類第二次探測到被稱為「時空漣漪」的引力波，此消息一出，立刻在學界激起「千層浪」。科學家稱，這次探測進一步印證了愛因斯坦廣義相對論的正確性，同時也是天文學的一個裡程碑。專業人士討論的火熱，那麼，關於這次引力波發現，從科普的角度，我們應該知道些啥？　　「時空的漣漪」　　要說發現引力波，首先要知道引力波是什麼。
  • 幾句話通俗解釋廣義相對論,它的預言以及所面臨的問題
    基於等效原理以及廣義相對性原理，愛因斯坦創立了廣義相對論。本質上，這個理論是一個引力理論。不同於牛頓的萬有引力定律，在廣義相對論看來，引力是物體彎曲時空產生的一種幾何效應。基本上，在宇宙尺度領域，廣義相對論是一個非常成功的理論，能夠很好地解釋各種天文觀測結果，並對一些現象做出預言。 在廣義相對論誕生之前，天文學家發現水星近日點存在反常的進動現象，實際觀測值比理論值更大。在廣義相對論創立不久後，愛因斯坦利用他的理論成功地解釋了這個反常現象。
  • 給最美的廣義相對論找找「茬」
    你可能以為，物理學家現在已經滿意了。他們一直在對愛因斯坦的廣義相對論進行檢驗。愛因斯坦在整整100年前第一次提出了廣義相對論，它解釋了引力是什麼。科學家們一直沒有發現它存在任何不足之處，但卻仍在調查根據它做出的預測，精確到第n位小數。在該理論100周年之際，科學家會做一些特別嚴格的驗證。也許會有人發現這座非凡數學大廈的第一個微小缺陷。
  • 廣義相對論到底在講什麼?
    廣義相對論是研究物質引力相互作用的理論，其最本核心的內容就是引力場方程：史瓦西黑洞廣益相對論的思想就是認為引力只是時空的幾何彎曲的表象而已，引力並不像其它三種基本力一樣，它並不是力。這種描述可以說是顛覆性的，而時空彎曲更是徹底的和牛頓平坦時空不同，完全是人們之前想到沒想過的。
  • 愛因斯坦與廣義相對論
    3.1 探究彎曲的時空當年，黎曼在創建描述彎曲空間的新幾何時，曾猜測真實的空間有可能是彎曲的。現在愛因斯坦產生了與當年黎曼類似的猜想。而且，此時的愛因斯坦已經掌握了大量的物理知識，創建新理論的條件已經成熟，這些都是當年黎曼不可能具備的。
  • 關於萬有引力和廣義相對論你應該知道的事
    天體劇烈活動引起的時空擾動，好比在浩渺的宇宙中央投下一顆石子，歷經10多億年漫漫星系之旅，時空的漣漪最終與地球邂逅1秒。從1916年愛因斯坦的預言，到2016年2月首次確定探測到引力波信號，人類為了這最後1秒的相遇，苦苦探尋百年。 　　為什麼愛因斯坦會有引力波的預言呢？
  • 美國科學家宣布發現引力波 廣義相對論預言獲證
    引力波是愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的「拼圖」，它的發現是物理學界裡程碑式的重大成果。　　在一片嘈雜的背景噪音中，一聲「噗」的清脆聲響，如水滴落水，持續時間短暫得不到1秒，這正是由引力波轉化成的宇宙之聲。當天在華盛頓召開的記者會上，美國「雷射幹涉引力波天文臺」（LIGO）科學家現場播放了來自宇宙的「聲音」。
  • 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。
  • 從探測引力波到探測引力餘波,時空中的背景漣漪
    從探測引力波到探測引力餘波，時空中的背景漣漪 2021-01-16 12:59 來源：澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 再一次驗證廣義相對論正確性,天體物理學家觀測到恆星拖曳時空
    根據一篇新的論文，科學家們觀察到一顆旋轉的恆星拖著時空。天體物理學家說，該事件再一次驗證廣義相對論是正確行。圖註：該插圖是位於澳大利亞的帕克電波望遠鏡(Parkes radio telescope)觀測到的脈衝星白矮星雙星系統。
  • 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。
  • 發現一大一小雙黑洞重力波事件,將驗證廣義相對論另一預測
    自5年前科學家首度發現重力波證實愛因斯坦廣義相對論至今，重力波事件已經不是什麼大新聞，不過最近LIGO最新探測到的重力波事件相當有趣，來自兩個質量相差甚大的黑洞碰撞，我們將能利用該系統來驗證廣義相對論中另一個尚未經檢驗的預測。