“跳舞”的恒星再次证明了爱因斯坦的广义相对论

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“跳舞”的恒星再次证明了爱因斯坦的广义相对论

引力是自然界中被人类第一个认识到的基本力量。自从我们第一次破解引力的秘密之后,几个世纪以来,科学家一直在想方设法地对引力进行测试。引力的新发现可能会开辟新的物理学前景,甚至可能是发现它的本质。

引力一个最基本的方面是它以一种非常特殊的方式随距离减弱。距离每增加一倍,引力就会减少四分之一。距离增加四倍,引力相互作用的强度仅为以前的十六分之一。这就是引力的距离平方反比性质,是科学家对引力的第一批推论之一。

但是这种行为在任何尺度上都不是很准确。在像太阳或黑洞这样的大质量物体附近,引力并不完全遵循距离平方反比定律。这种差异在我们的太阳系中并不明显,除了水星。这种差异最终导致了爱因斯坦广义相对论的发展,这是我们对现实认识的一个突破。水星的进动

16世纪以来,天文学家对水星的轨道做了大量的观测,并记录了大量的数据。1859年,法国天文学家在整理、计算这些数据的时候发现水星的轨道并不是完全封闭的,和使用牛顿万有引力定律计算的有所不同。对此,天文学家有两种想法:一种是在水星之内还有一颗尚未发现的“火神星”,另一种是牛顿定律是错误的。

曾经科学家观测到的天王星轨道也与用牛顿万有引力定律所计算的轨道不同,当时科学家推测应该还有一颗未知天体的引力干扰,于是后来科学家就找到了海王星。本着牛顿万有引力不会错的原则,科学家希望在水星之内还找到另一颗天体。但是天文学家们始终没有找到这颗行星的存在。

19世纪末,科学家试图用新发展的电磁理论来解决水星的进动,但是都没有任何进展。1915年,爱因斯坦用广义相对论解释并计算了水星进动的值,至此这个问题才得到完美的答案。​最新研究

最近,爱因斯坦的广义相对论又再一次被证明是正确的,这要归功于银河系中心黑洞。

欧洲南方天文台的天文学家们27年来一直在观测一颗名为S2的恒星绕银河系中心黑洞旋转,他们精确的记录了该恒星的位置和速度。在观察到该恒星近乎完整的围绕黑洞旋转两圈之后,研究人员得出了结论,该恒星的轨道并不像牛顿引力定律所预测的那样是一个固定的椭圆轨道,而是围绕黑洞在“跳舞”,其模式类似于用螺旋描记器绘制的玫瑰花结。

这种轨道,被称为史瓦西进动。研究人员写道,这是首次在黑洞附近的恒星中证实史瓦西进动。这项新发现还可以帮助研究人员对位于银河系中心的物质的类型和数量进行更精确的计算。由于S2的测量很好地遵循了广义相对论,我们可以对存在多少不可见物质设定严格的限制,这对于理解超大质量黑洞的形成和演化非常有意义。

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