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通过对银河系深处的研究,再一次证明了爱因斯坦相对论的权威性

科学家们一直在试图寻找证明爱因斯坦正确理论的证据,最新的案例是来自于在智利使用南欧天文台的超大型天文望远镜VLT的天文学家们。那个地方的天文学家一直在研究星星,那些星星离我们的星系中心的超大质量黑洞非常近。科学家们试图以此来证明爱因斯坦广义相对论的权威性。

众所周知,大多数星系的核心地带都存在着超大质量的黑洞,我们的星系——银河系也是如此。我们的黑洞位于距离地球约2.6万光年的地带,被称为人马座或射手座(又名Sgr A),他的质量是太阳的400万倍。那些天体物理学家非常热衷于研究黑洞,因为黑洞算得上是宇宙中已知的最紧密,最具引力的天体,因此把它作为广义相对论的极限测试。

通过追踪靠近人马座的恒星运动,德国和捷克的天文学家们分析了由VLT和其他望远镜观测到的20年的观测结果,他们使用新技术精确定位这些恒星的位置。其中一颗名为S2的恒星,每十六年环绕Sgr A轨道一次,并且离黑洞非常近,大约是海王星距离太阳系的四倍。由于它的轨道在黑洞的引力内部深处,在这个看似神秘的“强引力”宇宙环境中,S2被视为一个天然的相对论“探测器”。

“银河系真的是研究相对论中恒星运动的最佳实验室。”来自德国科隆大学的博士生Marzieh Parsa在自己的论文中说道,“我很惊奇的发现,我们能够将模拟恒星运动规律的方法应用到高精度的数据研究中去,这些数据对于靠近超大质量黑洞的内部最深处的恒星来说是非常精确的”。Marzieh Parsa把他的论文发表在天体物理杂志中。

通过精确测量黑洞周围的运动,研究人员可以将研究出来的轨道与经典牛顿力学所提出的预测作比较。他们发现,这颗恒星的实际轨道与爱因斯坦的广义相对论所预测的那样完全偏移了牛顿的预测,尽管其影响微乎其微。

简单来说,爱因斯坦的理论是把空间和时间看作是四维时空的两个维度,时间是三维空间以外的维度,而物质会影响时空的曲率,时空的曲率又会影响物质的运动。

经典牛顿力学假设空间和时间是两个单独的维度,不存在时空曲率的影响。因此,爱因斯坦与牛顿的理论存在一定的偏差。这种差距是轻微的,但是如果是在极其强烈的引力环境中就会变得明显。而在Sgr A附近,只有像VLT这样的精密仪器才能够适应光学来消除天文观测中大气层的影响,从而探索出这种偏差。

2018年,S2将会飞到最接近轨道的位置,而那些使用VLT的天文学家们正在研究一种新的仪器,从而更加精准地观察黑洞周围的极端环境。这种仪器被安装在VLT干涉仪上,天文学家认为,这种仪器不仅仅能够把爱因斯坦的广义相对论理论探索的更加准确,并且能够计算出相对论中所讲的偏差公式,那么这将会在相对论上添上新的物理发现。

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