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广义相对论惊人的预言

时间:2023-10-19 百科知识 版权反馈
【摘要】:1916年,提出广义相对论后不久,爱因斯坦就预言了引力波的存在:它们是一些在时空弯曲中、在弹性介质中以振动方式传播的小波纹,传播速度达到光速。两年后,爱因斯坦给出了方程式。这些研究激起了许多讨论,爱因斯坦本人后来也曾对自己的预言产生疑虑,直到1950年代学界一致认同了引力波存在的真实性。这一微小的变化与广义相对论完全一致:中子星的快速运动产生了引力波,而它会令这一系统损失能量。
广义相对论惊人的预言_海滩上的爱因斯坦

1916年,提出广义相对论后不久,爱因斯坦就预言了引力波的存在:它们是一些在时空弯曲中、在弹性介质中以振动方式传播的小波纹,传播速度达到光速。在这里,弹性介质就是时空本身。两年后,爱因斯坦给出了方程式。这些研究激起了许多讨论,爱因斯坦本人后来也曾对自己的预言产生疑虑,直到1950年代学界一致认同了引力波存在的真实性。引力场的这种波动可能产生于超大质量天体不对称的、快速的运动:例如巨星爆发(超新星),或者两个致密天体、大密度恒星或黑洞相互围绕快速旋转直到在合并现象(coalescence)中融合。问题在于即使是极端激烈的现象也只会产生非常微弱的波动,所以它们很难直接探测到。

1974年,赫尔斯和泰勒发现了脉冲双星——这是由两个中子星组成的双星系统。对这一双星系统的进一步观测为引力波存在提供了一份间接证据。研究者准确地掌握了脉冲双星的轨道周期:约7小时45分钟。然而几十年来得到的测量数据显示这一周期每年缩短约1/76 500 000秒:两个天体相互围绕对方旋转得越来越快且以极慢的速度(每年几米)相互靠近;它们应该会在几十亿年以后相撞……这一微小的变化与广义相对论完全一致:(组成脉冲双星的两颗)中子星的快速运动产生了引力波,而它会令这一系统损失能量。作为最早发现脉冲双星的科学家,赫尔斯和泰勒获得了1993年的诺贝尔物理学奖。对于其他脉冲双星的研究在接下来的时间里也得出了同样令人信服的结论。

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