廣義相對論尚未完全證實:「難啃」的引力波

2020-12-06 環球網

廣義相對論在1915年提出,因為比牛頓萬有引力更精確、優美,同時順利解釋了水星近日點的進動 (進動,一個自轉的物體受外力作用,導致其自轉軸繞某一中心旋轉,也叫做旋進。),很快在物理界走紅。

當然,是理論必須要得到證明和檢驗,之前我們曾介紹了「星光偏折」實驗,這被喻為是首次用實驗數據證實了廣義相對論 。

但百年過去了,仍然有科學家對愛因斯坦表示質疑,主要就是其中的引力波 。

這裡解釋一下,星系通過合併完成成長過程,每個較大星系都被認為在其中心位置有一個超大黑洞。當兩個星繫結合時,黑洞吸引到一起並形成雙軌道。愛因斯坦的理論預測雙軌道會形成死亡螺旋,將陣陣漣漪也就是引力波,通過宇宙的結構——時空通道傳送出來。

對此,科技日報稱,澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)使用高精度帕克斯望遠鏡執行了11年的搜索 ,團隊在近日出版的《科學》雜誌上表示,非常遺憾,關於引力波的直接證據即時空漣漪上,一無所獲 。

因為如果真有的話,科學家有望聽到「轟隆隆」引力波背景聲。

不過,天文學家們仍沒有放棄,大家都寄望更先進的觀測設備以及等待更長的時間,以便攻破「廣義相對論」的最後一塊堡壘 。

相關焦點

  • 為什麼廣義相對論無法被完全精確求解?
    愛因斯坦物理學但在廣義相對論中,情況要複雜得多。即使能夠知道每個粒子的位置、質量和動量,以及它們所在的特定相對論參考系,那也不足以確定事物是如何演化的,因為愛因斯坦理論的結構太複雜了。根據廣義相對論,決定物體如何在空間中運動以及加速的不是作用在物體上的合力,而是空間本身的曲率。
  • 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」。
  • 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。
  • 引力波的發現是不是證實了引力子也是存在的?
    1916年愛因斯坦給出了廣義相對論,按照廣義相對論,引力的本質是有質量的物體使時空發生了彎曲。物體運動時會給時空帶來擾動,這就會激發出引力波。2016年,美國的雷射幹涉引力波天文臺首次捕捉到引力波,引力波的存在得到了正式確認。
  • 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什麼理論?
    牛頓的萬有引力定律非常成功,它解釋了為什麼蘋果會落地,為什麼地球會繞著太陽旋轉,甚至還能預言此前尚未發現的海王星的存在。但到了19世紀,天文學家發現萬有引力定律存在缺陷。行星在繞著太陽運動過程中,每一圈的近日點其實都是不一樣的,這種現象被稱為近日點進動。越靠近太陽的行星,近日點進動值越大,水星近日點具有最大的進動值。
  • 引力波來自於廣義相對論,但卻可能揭示世界的量子本質
    廣義相對論——這個關於引力的理論認為時空的結構會被物質和能量的存在所彎曲——所預言的一種現象就是引力波現象:宇宙中加速運動的質量體會通過宇宙的結構本身向四周傳播「漣漪」。 我們完全相信,一定程度上引力具有量子的本質,雖然目前我們還沒有任何實驗證據能夠證明它。但通過最近LIGO對引力波的直接觀測,讓我們第一次有了理由相信這種引力波就是揭示引力的量子本質的關鍵。接下來講的就是我們如何證明它。 任何處在引力場中的質量體在加速時都會產生引力波,引力波是一種能量的傳遞形式,以光速向周圍傳播。
  • 100年前的一次日全食證實愛因斯坦的廣義相對論
    該實驗在100年前證實了愛因斯坦的廣義相對論,並使愛因斯坦名揚天下。根據牛頓的物理概念,光沒有質量,因此不會受到重力的影響,所以它應該總是保持直線運動。雖然愛因斯坦1915年的廣義相對論理論並沒有直接與牛頓相悖,但愛因斯坦將引力視為時空扭曲。他假設太陽的重力會使光線彎曲,太陽附近的星星視位置會變化。愛丁頓開始通過在日食期間觀測恆星來驗證愛因斯坦的理論。
  • 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:想要解這個方程,可謂難中之難。到目前為止,此方程的解也十分有限,其中一個解就是著名的史瓦西解,對應的就是大名鼎鼎的黑洞。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。
  • 引力波回聲,證實霍金量子黑洞的假設,或與相對論預測截然不同!
    引力波信號中的"回聲"表明,黑洞的事件視界可能比科學家目前認為的要複雜得多。滑鐵盧大學研究報告表示:首次試探性地探測到了這些引力波回聲,這些引力波回聲是由新形成黑洞周圍的微觀量子「fuzz」造成。引力波是時空結構中的漣漪,由空間中質量大、緻密的天體的碰撞產生(如黑洞或中子星等)。
  • 廣義相對論及其實驗證明
    愛因斯坦1905年提出的狹義相對論(平直時空理論)用狹義相對性原理代替伽利略相對性原理,即所有動力學方程式都要在洛倫茲坐標變換下保持形式不變。牛頓力學第二定律很容易修改得滿足這種要求並且已經納入狹義相對論的第一篇論文之中。但是,牛頓萬有引力定律卻很難修改成平直時空中的引力理論。
  • 給最美的廣義相對論找找「茬」
    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。
  • 愛因斯坦與廣義相對論
    圖1 創建狹義相對論時的愛因斯坦愛因斯坦認為,自己的相對論與牛頓物理學的分水嶺不是「 相對性原理」,而是「光速不變原理」。「光速不變原理」完全是愛因斯坦一個人提出的。這一原理直接導致「同時的相對性」。「光速不變原理」和「同時的相對性」是與人們的日常生活觀念完全牴觸的,也是與伽利略變換不相容的。
  • 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。
  • 每日一練|基礎知識:科技熱點「廣義相對論」
    此照片再次驗證了愛因斯坦的廣義相對論在極端條件下仍具有正確性。人們驚呼,「愛因斯坦又對了!」。公職類考試的科技類題目偏向於結合科技時政熱點進行考核,本次黑洞照片的公布再次證明了愛因斯坦廣義相對論的正確性,可能成為近期考試的一個熱點,現對廣義相對論關常識性知識作相關總結:發展過程:1905年,愛因斯坦針對光線在狹義相對論中,重力和加速度對其影響發表了一篇論文,廣義相對論開始萌芽。
  • 引力波回聲,證實霍金量子黑洞的假設,或與相對論預測截然不同?
    滑鐵盧大學研究報告表示:首次試探性地探測到了這些引力波回聲,這些引力波回聲是由新形成黑洞周圍的微觀量子「fuzz」造成。引力波是時空結構中的漣漪,由空間中質量大、緻密的天體的碰撞產生(如黑洞或中子星等)。滑鐵盧大學物理學和天文學教授尼亞耶什·阿夫肖迪(Niayesh Afshordi)解釋說:
  • 恆星運動軌跡證實愛因斯坦廣義相對論的預言
    但是,因為超前的理論,其相對論自誕生以來一直被質疑。然而,隨著科學技術的發展,我們觀測宇宙的技術越來越先進,不管是尺度還是精度都日漸提高,相對論裡的理論也隨之一點點被所觀測現象證實。科學家們數十年來對S2運行軌道進行觀察,發現其軌道並非一個固定的橢圓,而是像一個螺旋圖像一樣規律變動,這一現象被稱為Schwarzschild進動,從而證明了廣義相對論的預測。這是首次在超大質量黑洞周圍探測到Schwarzschild進動,證明即使在最極端的引力環境中來觀察天體運行軌跡,相對論預測仍是正確的。
  • 第一張黑洞圖像以一種新的方式幫助檢驗廣義相對論
    這個尺寸在廣義相對論的測試中是至關重要的。2019年4月發布的第一張黑洞圖像,有力地證實了阿爾伯特·愛因斯坦的引力理論,即廣義相對論。該理論不僅描述了物質扭曲時空的方式,而且還預測了黑洞的存在,包括黑洞投射在圍繞一些緻密物體旋轉的明亮圓盤上的陰影的大小。
  • 顛覆物理世界的廣義相對論
    由於廣義相對論理論十分嚴謹,而且獲得了天文觀測上的證實,在問世後不久便引起了極大的轟動,現代物理學的大門從此正式開啟。時至今日,廣義相對論已誕生整整100年,廣義相對論不僅改變了全人類對時空乃至整個宇宙的認識,還大大推動了科學技術的發展。或許,直到現在你根本不清楚什麼是廣義相對論,但它的確已經深刻地影響了整個人類社會,直接或間接地影響了我們每一個人。
  • 太陽光譜證實廣義相對論
    太陽,地球和月球的藝術表現圖(未按比例繪製),愛因斯坦廣義相對論的時空曲率在月球反射的太陽光譜上(從藍色到紅色)。@ Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)。這項工作驗證了愛因斯坦廣義相對論的一個預言,將發表在《天文學與天體物理學》雜誌上(點擊文末「閱讀原文」查看論文)。愛因斯坦在1911至1916年間發表的廣義相對論中引入了時空的新概念,它表明大質量的物體會造成時空的扭曲,即引力。