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愛因斯坦時空相對論再次得到驗證

因為光線在空間場中發生彎曲,所以哈勃望遠鏡所觀測的恆星位置會出現變化。[NASA, ESA, and A. Feild (STScI)]

科學家首次使用空間彎曲效應測得星體的質量,再次驗證一百年前愛因斯坦提出的跨時代理論——時空相對論。

一百年前,著名物理學家及哲學家愛因斯坦提出相對論,認為時間和空間不是固定不變的,而是可變的,而且這種時空變化產生的效應可以通過觀測天文現象而加以驗證。

例如,穿過星球周圍空間的光線會出現彎曲,彎曲的程度可以反映出星球周圍空間變化的程度(或者稱為「空間彎曲」),甚至能通過觀測光線彎曲程度推算出星球質量的大小。

然而,愛因斯坦曾表示,由於觀測技術所限,很可能不會直接觀察到他所說的這些空間變化效應。


因為光線在空間場中發生彎曲,所以哈勃望遠鏡所觀測的恆星位置會出現變化。[NASA, ESA, and A. Feild (STScI)]


觀察到暗物質星系的重力透鏡圖像,周圍的紅色環為愛因斯坦環。 [Y. Hezaveh, Stanford Univ.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); NASA/ESA Hubble 望遠鏡]

美國天體物理學家馬里奧.利維奧(Mario Livio)等人組成的科研小組近日在《科學》雜誌發表文章闡述,向遙遠深太空觀測,精確計算穿過星體空間的光線路徑,可以證實愛因斯坦的預測,並實現他所說的「不可能」。

這些科學家使用哈勃望遠鏡,比較兩顆恆星之間的5000顆其它恆星的位置差異,即觀測光線彎曲所反映出的一個時空變化天文景象——「愛因斯坦環」(Einstein ring),驗證星體周圍時空的變化程度,並推算出讓科學家興奮的星體質量。

《新聞週刊》(Newsweek)6月8日報導說,科學家聚焦距離太陽第六近的白矮星2051B,比較其周圍的其它恆星不同時間的成像差異,計算出光線出現的微小彎曲程度,並推算出這顆白矮星的質量約為太陽的68%。

美國安柏瑞德航太大學(Embry-Riddle Aeronautical University)的天文學家奧斯沃特(Terry Oswalt)評述該研究意義重大,為天文學界尋找到一種新的探索方式。「這是一種新的觀測方法」,他說,「這對於今後很多年內的探索具有非常重要的意義。」

對於直接檢測愛因斯坦在一百年前所做的準確預言,利維奧說:「愛因斯坦一定會自豪的!」

1916年,正是時空固定不變的牛頓機械物理學向現代物理學過渡的時代,年輕的愛因斯坦在經過思想追光試驗等一系列超出常規實證科學方法的嘗試後,提出完整的描述宇宙時空的廣義相對論。

此後,科學界相繼使用愛因斯坦理論很好地解釋星光紅移現象,以及驗證其理論所預測的黑洞和時空漣漪(引力波)等現象。

目前,愛因斯坦的理論仍是現代天文學及原子物理學的基礎,而他所闡述的時空可變理論對現代哲學也有極深的影響。#

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