導航菜單

愛因斯坦的廣義相對論受到了質疑 但現在仍然存在

加州大學洛杉磯分校物理學和天文學教授Andrea Ghez表示,在愛因斯坦發表其廣義相對論的標志性理論100多年后,它開始在邊緣開始磨損。現在,在對銀河系中心巨大黑洞附近的廣義相對論進行最全面的測試時,Ghez和她的研究小組在7月25日的“ 科學 ”雜志上報道,愛因斯坦的廣義相對論理論得以保持。

“愛因斯坦是對的,至少現在是這樣,”該研究的聯合主要作者蓋茨說。“我們絕對可以排除牛頓的引力定律。我們的觀察結果與愛因斯坦的廣義相對論一致。但是,他的理論肯定表現出脆弱性。它不能完全解釋黑洞內的引力,在某些時候我們需要移動超越愛因斯坦的理論,再到更全面的引力理論,解釋了什么是黑洞。“

愛因斯坦1915年的廣義相對論理論認為,我們所認為的引力是由空間和時間的曲率產生的。科學家提出太陽和地球等物體會改變這種幾何形狀。愛因斯坦的理論是關于引力如何工作的最佳描述,Ghez說,他的加州大學洛杉磯分校領導的天文學家團隊直接測量了超大質量黑洞附近的現象 - 研究Ghez稱之為“極端天體物理學”。

Ghez說,物理定律,包括引力,應該在宇宙的任何地方都是有效的。她補充說,她的研究小組是世界上僅有的兩個觀察S0-2星在三維上完整軌道的小組之一在銀河系中心的超大質量黑洞周圍。完整的軌道需要16年,黑洞的質量大約是太陽的四百萬倍。

研究人員表示,他們的工作是對超大質量黑洞和愛因斯坦廣義相對論進行過的最詳細的研究。

研究中的關鍵數據是Ghez團隊今年4月,5月和9月分析的光譜,因為她的“最喜歡的明星”最接近巨大的黑洞。Ghez描述的Spectra是來自恒星的“光之彩虹”,它展示了光的強度,并提供了有關光傳播的恒星的重要信息。Spectra還展示了恒星的構成。這些數據與Ghez和她的團隊在過去24年中所做的測量相結合。

在夏威夷的WM凱克天文臺使用由同事詹姆斯拉金領導的團隊在加州大學洛杉磯分校建立的光譜儀收集光譜,提供第三維,以先前未達到的精度水平顯示恒星的運動。(研究人員在凱克天文臺拍攝的這顆恒星的圖像提供了另外兩個維度。)Larkin的儀器從恒星照射光并使其散射,類似于雨滴散射光線以產生彩虹的方式,Ghez說。

“S0-2的特別之處在于我們有三維完整的軌道,”Ghez說道,他擁有天體物理學的Lauren B. Leichtman和Arthur E. Levine主席。“這就是給我們進入廣義相對論測試的入場券的原因。我們詢問引力如何在超大質量黑洞附近表現,以及愛因斯坦的理論是否告訴我們完整的故事。看到恒星通過它們的完整軌道提供了第一次測試基礎的機會使用這些恒星運動的物理學。“

Ghez的研究團隊能夠看到超大質量黑洞附近的空間和時間的混合。“在牛頓的引力版本中,空間和時間是分開的,不會混合在一起;在愛因斯坦之下,它們完全混合在一個黑洞附近,”她說。

美國國家科學基金會天文科學部門主任理查德格林說:“對這種基本重要性進行測量,需要多年的患者觀察,并采用最先進的技術。” 二十多年來,該部門一直支持Ghez,以及對研究團隊發現至關重要的幾個技術要素。“通過他們的嚴謹努力,Ghez和她的合作者對愛因斯坦關于強引力的想法進行了高度重要的驗證。”

凱克天文臺總監希爾頓劉易斯稱Ghez是“我們最熱情,最頑強的凱克用戶之一”。“她最新的開創性研究,”他說,“是過去二十年來堅定不移地致力于揭開銀河系中心超大質量黑洞神秘面紗的高潮。”

研究人員研究了從S0-2到地球的光子 - 光粒子。S0-2以最接近的方式以超過1600萬英里/小時的起泡速度在黑洞周圍移動。愛因斯坦報告說,在靠近黑洞的地區,光子必須做額外的工作。它們離開恒星時的波長不僅取決于恒星移動的速度,還取決于光子耗盡多少能量來逃離黑洞強大的引力場。在黑洞附近,重力比地球強得多。

Ghez有機會在去年夏天提供部分數據,但選擇不讓她的團隊首先徹底分析數據。“我們正在學習引力是如何工作的。它是四種基本力量之一,也是我們測試過的力量之一,”她說。“在很多地方我們都沒有問過,重力如何在這里工作?很容易過于自信,有很多方法可以誤解數據,很多方法可以將小錯誤累積到重大錯誤中,這就是為什么我們這樣做了不要急于分析。“

Ghez,2008年麥克阿瑟“天才”獎學金獲得者,研究超過3000顆圍繞超大質量黑洞運行的恒星。她說,在一個天文學家不希望看到它們的地區,有數百人年輕。

從S0-2到地球的光子需要26,000年。加州大學洛杉磯分校銀河中心小組負責人蓋茨說:“我們非常興奮,多年來一直在準備進行這些測量。” “對我們來說,它是內心的,它現在 - 但實際上發生在26000年前!”

這是廣義相對論的第一次測試,Ghez的研究小組將對超大質量黑洞附近的恒星進行研究。在她最感興趣的恒星中,有最短軌道的S0-102,需要11年半才能完成黑洞周圍的完整軌道。大多數恒星Ghez研究的軌道比人類壽命長得多。

Ghez的團隊在2018年的關鍵時期每四個晚上使用Keck天文臺進行測量,該天文臺位于夏威夷休眠的Mauna Kea火山頂上,擁有世界上最大和最先進的光學和紅外望遠鏡之一。還在夏威夷雙子座天文臺和斯巴魯望遠鏡的光學紅外望遠鏡上進行了測量。她和她的團隊在夏威夷現場使用這些望遠鏡,并在加州大學洛杉磯分校物理和天文學系的觀察室遠程使用這些望遠鏡。

黑洞具有如此高的密度,以至于沒有任何東西可以逃脫它們的引力,甚至是光線。(它們不能直接看到,但它們對附近恒星的影響是可見的,并提供了一個標志。一旦某個東西越過黑洞的“事件視界”,它就無法逃脫。但是,星星S0-2仍然是距離事件視界相當遠,即使是最接近的事物,因此它的光子也不會被拉入。)

鄭重聲明:本文版權歸原作者所有,轉載文章僅為傳播更多信息之目的,如作者信息標記有誤,請第一時間聯系我們修改或刪除,多謝。

制服丝袜快播