星星背后的物理(十二)

作者: 张天蓉

来源: 知识分子

发布日期: 2016-10-21

本文介绍了广义相对论的预言及其在天文学中的验证,特别是引力波的发现,以及太空作为验证广义相对论的最佳实验舞台。

太空是最好的实验舞台

2016年2月11日,美国LIGO(激光干涉引力波天文台)向全世界宣布首次直接探测到了由两个黑洞的绕转并合所产生的引力波,全世界的天文学家和物理学家们都为之振奋,认为这证实了100年前爱因斯坦广义相对论的最后一个主要预言。那除此之外,广义相对论还有哪些预言呢?

广义相对论和牛顿万有引力都是关于引力的理论。万有引力定律人人皆知,但了解广义相对论的就不多了。牛顿用物体之间的相互作用来描述引力,爱因斯坦则将引力解释为物质造成的时空弯曲。牛顿引力是一种“瞬时”传递的超距力,广义相对论则是基于“场”的观点,将引力解释为引力场和物质场之间的相互作用,场的传播需要时间,传播速度有限,也是一种“波”,即爱因斯坦预言的引力波。

一般认为,广义相对论是比牛顿引力论更普遍、更精确的理论,后者是前者在弱引力条件下的近似。在地球表面的重力范围内,虽然引力(重量)在日常生活中无处不在,但我们却很难试验出两个理论之间的任何差别。如何才能检验广义相对论正确与否呢?茫茫太空中,天体的质量比日常所见物体的质量大得多,只有通过计算和观测它们的运动,方能检验这两个理论的精确度,证实它们孰优孰劣。

事实上,广义相对论的三大经典预言:光线弯曲、引力红移、水星进动,已经被无数天文观测结果所证实。航天技术发展之后,科学家们更是将太空作为验证广义相对论的最佳实验舞台。

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