爱因斯坦理论已通过大规模测试

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相对论之发表之时其及颠覆性的改变人类的认知方式,其理论也备受关注,那么证明它是对的或错的也是相关科学家们所热衷的同时也是件大事情。至今广义相对论可以说通过了大规模测试,它是那样的完美,那样的完美。

艺术家对环绕人马座A *的三颗恒星的描绘。图片:ESO/M Parsa/L. Calada

你学过的最基本的物理定律——在17世纪由艾萨克·牛顿起草的物理法则——不要为每件事工作。一旦你试着把它们应用到速度快的物体上,或者比恒星重的物体,它们就会开始分开。这就是爱因斯坦拓展的运动和引力理论即广义相对论的理论。

广义相对论“运行”得很好, 并做出了一百年后的预言。问题就变成了:你能打破它吗?(即证明它是错的,因为科学的发展就是一个不断自证伪的过程)

一个科学家小组用了20年的数据从几个望远镜观察了三颗恒星如何围绕着我们自己的星系中心——人马座A *轨道运行。他们在一个没有经过严格测试的质量体系中建立了广义相对论。现在再一次验证了爱因斯坦的这个理论。

现在这基本上是一个一致性测试,研究作者Andreas Eckart说我们用我们所期望的相对论来研究数据,并看到非常明显的迹象表明我们得到了预期的答案。

像爱因斯坦这样的科学家起草理论解释他们不懂的东西。但一旦理论存在,它就应该做出可测试的预测。然后科学家们必须继续以多种方式检验这一理论:证明这些预测确实存在,就像2016年宣布的引力波发现,或者试图打破理论,将其应用到更极端的案例中,就像研究人员在这里做的那样。

该研究小组收集了来自智利的三颗恒星——S2、S38和S55 / s0 - 102的几篇论文和观测数据。这些天体绕着人马座A*轨道运行,这个假定的超大质量黑洞是银河系中心太阳质量的400万倍。研究人员将恒星的轨道与爱因斯坦定律所预测的数学值进行了比较。研究小组将在《天体物理学杂志》上发表他们的研究成果。

但这还远未完成,尽管有20年的数据,研究人员只研究了三颗恒星,并看到了他们计算价值的巨大不确定性。仍然有足够的空间来证明爱因斯坦的错误。Eckart说:为了测试是否有异常行为,你需要有一个更好的信噪比。对这些恒星进行更精确的测量,利用其他实验来做更精细的相对论检验。这是否会导致修改,信号可能很弱,但他希望更多的数据能改善结果。

但其他人认为这是重要的一步,从我的角度来看,这篇论文令人兴奋的一点是,它在一个目前还没有经过充分测试的体系中改善了对重力的测试,牛津大学博士后研究员特莎·贝克 她指出在银河系中心有很多杂乱和潜在的因素,它们可以在那里进行测量,但他们似乎做了一项全面细致的工作,为这些事情做准备。

她还想看看对广义相对论的修正如何在他们的测量中出现,但是Eckart的团队最终所做的是建立一个易于复制的系统,为那些想要重复测试的科学家提供进一步的数据。


作者:Ryan F. Mandelbaum

源自:ESO

编译:光量子

审校:博科园