愛因斯坦廣義相對論再被驗證：時空扭曲質量方式正確

最新實驗使用已計算好質量的天體來檢驗廣義相對論預測結果是否成立。科學家希望通過該理論揭曉宇宙某些謎團。

圖中是ESO 325-G004星系形成的「愛因斯坦環」。科學家通過測量恆星如何移動，從而計算出前景星系ESO 325-G004的質量。之後他們計算了環繞該星系的愛因斯坦環曲率，從而確定它對周圍空間的變形程度。

北京時間7月20日消息，據國外媒體報道，愛因斯坦的廣義相對論在過去100多年裡，能預測並驗證1910年代實驗範圍之外的科學研究，並且經受了科學家的最新考驗。

目前研究人員進行傳統實驗，進一步驗證愛因斯坦廣義相對論的正確性。通常科學家會觀察宇宙天體扭曲空間結構的程度，從而確定它的質量大小。一項最新實驗推翻了該觀點，而是使用已計算好質量的天體來檢驗廣義相對論預測結果是否成立。雖然廣義相對論對物理學家帶來了麻煩，但他們希望通過該理論揭曉宇宙某些謎團。

質量可以扭曲空間結構是廣義相對論的一個基本部分，科學家通過分析宇宙星系團如何扭曲途經周圍的光線，進行了多次觀察驗證。據悉，科學家首次觀察到該現象是1919年太陽日食期間，漆黑的太陽輕微地改變了背景恆星的位置。目前，他們繼續觀測這一現象，並發現較重前景天體能夠顯著扭曲光線，從而使背景恆星和星系看上去像空中一個圓環。

研究人員使用其中一個「愛因斯坦環」進行這項實驗，他們通過測量恆星如何移動，從而計算出前景星系ESO 325-G004的質量。之後他們計算了環繞該星系的愛因斯坦環曲率，從而確定它對周圍空間的變形程度。描述星系質量彎曲效應的數值被稱為「伽馬值（gamma）」，理論預測它的數值應該等於1。

依據發表在《科學》雜誌的這項研究報告，科學家計算出的伽馬值是0.97，換句話講，我們的觀測數據與理論預期是非常一致的。研究報告作者、英國朴茨茅斯大學托馬斯·科利特（Thomas Collett）說：「這證明了時空扭曲質量的方式是完全正確的。」

其他研究人員對於科利特和研究小組的工作感到非常興奮，英國牛津大學博士後泰莎·貝克（Tessa Baker）說：「通過對該星系的詳細觀察，科利特能夠對未被充分探索的星系等級進行重力測試。」

為什麼我們要繼續測試愛因斯坦的廣義相對論呢？因為宇宙一直處於膨脹，並且膨脹加速，這是由某種未被解釋的神秘力量「暗能量」所導致的。理論物理學家正在尋找關於暗能量的一些解釋，有些人猜測可能存在一種宏觀理論，更大天體的空間曲率有所不同，但是至少對於這個星系而言，廣義相對論是成立的，對宏觀理論中伽馬數值調整較大是不可行的。

未涉及這項研究的美國賓夕法尼亞大學博士後傑里米·薩克斯坦（Jeremy Sakstein）告訴媒體記者稱，我們有可能找到一些理論，能夠證明太陽系內伽馬值是1，但在星系等級上是不一樣的。本質上，這是需要理論學家必須克服的另一個障礙。

做一個較抽象的比喻，這就如同迷失在城市中心，被告知為了找到正確的道路有幾個方向不能走，而每當廣義相對論通過另一個測試，理論學家卻很少迷失方向。

貝克指出，當然廣義相對論也存在著一定的局限性。科利特在論文中指出，當前可以建模引入不確定因素，例如：恆星在理論上的運動方式與相對於它們在銀河系中運動方式存在著差異。這只是一個星系而已，一些理論不會被單一的測量結果所排除。

科學家將繼續對廣義相對論進行檢測，畢竟在宇宙中仍存在著許多引力謎團。（葉傾城）

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