100年来爱因斯坦依旧是正确的

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来源Albert Einstein was right, say scientists, 100 years on | Science | The Observer
译者aaron205

对时空的探索显示了广义相对论直到现在还是很有意义的，就像它当初提出时那样。

  

重力B探测器. 摄影: Guardian

在历时半个世纪，耗资5亿英镑的研究后，科学家上周透露，在地球轨道上发现了奇怪的波动。美国国家航空航天管理局重力探测B项目的研究人员称，时空会随地球转动而弯曲并随之扭转。

这影响虽然细微但非常关键，他们补充道 - 100年前，爱因斯坦在他伟大的重力理论-广义相对论中已经有了这样的预测。根据相对论，苹果掉到地上不是因为地球引力，而是由于地球巨大的质量引起表面时空弯曲导致的结果。同样，太阳弯曲了空间使得地球能围绕它转。

更重要的是，该理论引发了一大堆别的预测，科学家们上世纪一直在论证它们。重力探测器B的发现不过是众多证据中最新的一项，来证明爱因斯坦的天才和揭示他那伟大的理论是如何以意想不到的方式来触及我们的生活的。

“我们已经完成了关于爱因斯坦思想的这个里程碑式的试验，” 斯坦福大学的项目主管Francs Everitt说。“爱因斯坦现在还是正确的。”

Everiit于1962年加入重力探测B项目，此后他一直在这项目组工作，期间卫星发射失败了7次，他也好几次死里逃生。2004年，卫星终于发射成功。 探测器到达轨道后，研究人员从它发回的数据中发现了电子干扰信号。这让他们花了5年时间才找到取出正确数据的办法。

数据分析结果在上周已经出来了，证实了地球确实会弯曲时空。同时也发现，地球旋转时会拖拽时空-所谓的参考系拖拽现象。就如同在茶杯中转动调羹，茶水会跟着旋转一样。

这些现象都很细微，应该被记下来。 在参考系拖拽的例子中， 地球附近的空间每年转动37毫秒，因为我们的星球在自转时拉着它 - 跟爱因斯坦预测的一样。

“探测结果很了不起，但是我们不应该把它作为一个证明广义相对论是否正确的证据，” 物理学家兼作家Graham Farmelo说。“爱因斯坦就很早就被证明是正确的了，就在他提出相对论的几年后。不过，我们依然在测试它的全部预测。重力探测器B的结果不过是最近的一个成功案例罢了。”

事实上，爱因斯坦广义相对论的假设在1916年发表后3年内就得到了证明。1919年英国天文学家Arthur Eddington参加了西非普林西比岛的探险活动，他在那里拍摄了整个日蚀过程。 据照片显示,光线经过太阳附近的星星，它们的位置会有轻微的移位，因为光线被太阳巨大的重力场弯曲了。这只有在日蚀的时候才能看得到，因为平时强烈的太阳光使得受影响的星星变得模糊。

“Eddington把它作为广义相对论的成功，爱因斯坦本来作为物理学家并不为公众所知，结果一夜之间成了明星，” Farmelo说。

对爱因斯坦来说，他从没有怀疑过自己的理论。当被问到如果Eddington的发现证明他的理论是错的他会有什么反应时，爱因斯坦答道：“我会为亲爱的主感到抱歉，这理论是正确的。”

从那时开始，科学家发现了很多其他的证据。比如美国天文学家Russell Hulse和John Taylor发现两颗相邻轨道上的致密坍缩星，也就是中子星，正逐渐失去能量。这只能由引力辐射来解释，这现象爱因斯坦也预测到了。1993年Hulse和Tayler获得了该年的诺贝尔物理学奖。

“广义相对论以很多想不到的方式影响我们的生活，”阿伯丁大学物理学博士Charles Wang说。“另一个被广义相对论预测的是引力时间延滞现象。 就是说当引力强度增加时，时间会变慢，这已经被GPS卫星证实。 卫星携带的原子钟必须和地面的运行速度不一样，因为那里的重力更强。如果不这样的话，全球的GPS系统将崩溃。

“爱因斯坦的广义相对论是科学史上最华丽的片段，”Farmelo补充说。“但这还不是全部。它解释了巨型物体是如何影响时间和空间的， 但很少讲述微小的亚原子颗粒的行为。”

Wang博士也认同这观点。“我们仍然需要测试重力在亚原子，量子级别的影响，”他说。“我们希望成立一个”时空探索“项目，欧洲航天局也在做这方面的研究。”

卢瑟福-阿普尔顿实验室和国家物理研究所的科学家，还有德国的研究人员和wang的小组共同建议建造一个探测器，把铯或铷原子冷却到绝对零度，来测试亚原子级别的重力影响，他们希望为相对论和量子学理论的一致性提供数据。

“那不需要10年或更多时间，” Wang博士说。“那意味着在将来相当长的时间里我们在广义相对论上还有很多事情要做。”

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