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爱因斯坦著名的时空“引力波”预言何时能验证?

2017-09-09  点击:次  故事屋

在过去的一个世纪里,广义相对论的预言通过了一次又一次的检验。从英国天文学家亚瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)1919年日全食时证明太阳会弯曲经过它的光线,到现代对星系团弯曲更遥远类星体所发出光线的测量,广义相对论还从来没有失过手。但奇怪的是,即便过了这么多年,它的核心预言至今还没有被直接验证。

正是爱因斯坦本人第一个开启了这场冒险。在一篇题为《关于引力波》(Über Gravitationswellen)的论文中,他提出,如果物体能弯曲时空,那么运动的物体也许就能使之振荡,从而产生波。至少广义相对论的方程表明,这似乎是可能的:爱因斯坦证明一个旋转的椭球体——类似一个非常巨大的橄榄球——可以在宇宙的时空结构中产生涟漪。

但他不太确信这一点。差不多20年后,爱因斯坦和年轻的同事内森·罗森(Nathan Rosen)一起,把一篇名为《引力波是否存在》的论文投稿到了《物理学评论》,他们对这个问题的回答是一个谨慎的“不”字。但这篇论文从未被正式发表,该杂志的编辑约翰·泰特(John Tate)把它发给了一个匿名的审稿人。感觉受到了冒犯,爱因斯坦撤回了稿件。他似乎不乐于被同行评审。

但是,这也给了他时间去发现计算中的错误,进而在1937年正式刊载于《富兰克林研究所杂志》之前更正了他的预言。爱因斯坦本人最终也认可时空结构中存在涟漪,而且它们会荡漾于整个宇宙之中。

1927年索尔维会议上拍摄的著名合影的彩色复原图,爱因斯坦坐在前排正中,周围全是新兴的量子力学家。

弗农·桑德伯格(Vernon Sandberg)自豪地指着他白板一角照片上的爱因斯坦说:“这是位大师。”这是1927年爱因斯坦在比利时布鲁塞尔出席索尔维会议时所拍摄的著名照片。用今天的眼光看,具有讽刺意味的是,他坐在前排正中央,周围全是新兴的量子力学家:玻尔,海森堡,普朗克,薛定谔。

桑德伯格曾经受训成为一名理论物理学家,现在他却是位于汉福德的激光干涉引力波天文台(LIGO)众多实验物理学家的一员,该天文台就座落于旧的核设施旁。上世纪70年代初,桑德伯格爱上了爱因斯坦关于空间和时间的想法。正是在那时,美国马里兰大学的物理学家约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)声称,第一次探测到了引力波。

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