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       时空弯曲最新的天文学证据

1.[路透社华盛顿2004年10月21日电]爱因斯坦又一次被证明是正确的.美国航天局今天说，由各国科学家和大学研究人员组成的研究小组首次发现了地球自转时拖曳周围时空的直接证据.美国航天局说，这一发现首次直接测出并证明爱因斯坦广义相对论的一个重要方面——一个旋转的天体能使组成三维空间以及第四维时间的“结构”发生偏转和扭曲.美国航天局物理学家迈克尔·萨拉蒙说：“地球在旋传时确实在拖曳时空.离地球越近，扭曲的幅度就越大.”“时空的这种扭曲，也称框架拖曳，以前从未直接观测到过.”“这是首次找到真实、有力和直接的证据，说明旋转天体能拖曳时空.”美国航天局的佩里科斯·帕夫利斯等人在观察了绕地球旋转的两颗卫星后发现，它们的确随着地球拖曳空间发生了偏转.帕夫利斯说：“我们以毫米的精确度测量了地球与卫星之间的距离.”他们的研究结果刊登在《自然》杂志上.两颗激光地动卫星LAGEOSⅠ和LAGEOSⅡ的外部都覆盖有反射罩，这样就比较容易从地面进行跟踪和测量.它们的蝶形轨道是为了模仿旋转回转仪的运动.爱因斯坦的理论认为，附近一个喜旋转的天体——比如地球——会拖曳空间，使得回转仪轻微偏离轴线.帕夫利斯说，还没有证据证明没有其他力作用于卫星，不过这种情况的可能性不大.他说：“那必须是一种灵巧的、恰好与广义相对论相似的力.”“我们已经排除了已知的所有的力——如潮汐等等，还有引力模型的误差.”帕夫利斯将这种作用比喻成在蜜罐子里搅动的勺子.“与其类似，当地球旋转时，它会拖动周围的时空，这就会改变绕地运行的卫星轨道.”萨拉蒙说，以前也有过框架拖曳的间接证据，但这是首次直接测量的结果.今年四月，美国航天局发射了携带有4个回转仪的“引力探测器B”.科学家说，等明年它的探测结果出来后，就能用更高的精确度证明爱因斯坦的理论.

美国科学家10月21日表示，稍稍脱离轨道的卫星显示，地球自转时的确在扭曲时空构造.他们称，这是首次直接测量到并证实了爱因斯坦广义相对论的一个重要层面-旋转天体会使由三维(度)空间和四维时间构成的时空结构产生扭曲.图为奋进号太空梭2002年6月15日在地球上空飞行的资料照.

2.引力探测器Ｂ

经过45年酝酿和开发，耗资7．5亿美元的美国“引力探测器Ｂ”卫星，2005年20日下午从加利福尼亚州范登堡空军基地成功升空，这项美国宇航局历史上耗时最长的探测计划的使命，是以前所未有的精度对爱因斯坦1916年提出的广义相对论进行验证.“引力探测器Ｂ”将对广义相对论的两项重要预测“短程线效应”和“惯性系拖曳效应”进行验证，主要采用4个超高精度的回转仪，来测量地球自身质量以及自转给回转仪所处时空造成的弯曲和扭曲效应.卫星将主要在距离地球约640公里的极地轨道上运转，其探测预计将持续一年半左右.在探测开始时，4个回转仪自转轴和卫星上的一台望远镜的方向同时对准一颗遥远恒星.按照理论假设，随着时间推移，回转仪自转轴会因地球的“短程线效应”和“惯性系拖曳效应”而分别发生偏移.通过测量偏移情况，就可以“看到”地球对其周围时空到底产生了什么样的影响.这种影响将是非常细微的.科学家们说，回转仪自转轴偏转的角度之小，就好比是从400米之外去看人的一根头发丝.

3.最新时空观测结果证实爱因斯坦相对论合理性

NASA费米空间望远镜观测到的剧烈爆炸

据美国太空网报道，美国航天局“费米伽马射线空间望远镜”在一年来的观测中，发现了最新的高能光线，从而证明了爱因斯坦关于光速理论的正确性.

费米空间望远镜是去年才发射升空的最新天文望远镜，致力于探寻宇宙中最剧烈的大爆炸所产生的伽马射线.最新的发现令科学家能够看到实验室中无法复制的高能光线的作用，从而能帮助科学家更清晰地研究爱因斯坦的相对论.

“爱因斯坦在其相对论中提出了万有引力观念，但有些物理学家总喜欢用其他力的来源取而代之.”加州帕罗奥多斯坦福大学科学家、费米广域望远镜(LAT)首席观测师皮特-迈克逊说：“人们有各种各样的想法，但缺乏途径来进行验证.”

爱因斯坦相对论是正确的

许多试图证明万有引力理论的努力都将时空关系描绘成一种飘忽不定的空洞结构，在物理层级上比电子还要微小数万亿倍.这样的模型打破了爱因斯坦的假设，即所有的电磁辐射——无线电波、红外线、可见光、X-射线和伽马射线在通过真空时速度是相同的，即都是以光速运行.

2009年5月10日，费米望远镜和其他探测卫星观测到一次所谓的“短伽马射线爆发”，被命名为“GRB090510”(GRB:美国地球物理研究委员会).天文学家认为这种爆炸发生在中子星相撞时.进一步研究表明爆炸发生在73亿光年外的星系中.

费米广域望远镜观测到了2.1秒的剧烈爆炸，放射出很多伽马射线量子，形成两股巨大能量流，其中一股比另一股高出近一百万倍.经过70多亿光年的旅行，它们之间的速度仅有0.9秒的差别.

“此次研究结果排除了任何关于万有引力理论的新观点，即有人认为超高能量会导致光速发生变化.”迈克逊说：“在十亿亿分之一内，两股量子的速度都是一致的.爱因斯坦的相对论是正确无误的！”

创造新的记录

费米望远镜的次级装置伽马射线监视器在超过250次的爆炸中发现了低能量伽马射线.广域望远镜则观测到12次的高能爆炸，其中三次还创下了新的记录.

上文提到的GRB090510是观测到的最远爆炸，释放出的物质以光速的99.99995%运行.9月份观测到的GRB090902B是放射出的伽马射线能量最高的爆炸，释放出相当于334亿伏特的电量，是可见光能量的130亿倍！去年观测到的GRB080916C释放出的总能量最多，相当于诞生了9000个超新星！

前景无限

广域望远镜每三小时会扫描整个天空一次，并为费米天文台的科学家提供越来越详尽的资料，帮助他们不断探索深度宇宙的奥秘.

“我们已经发现了一千多个持续的伽马射线源——比以前知道的高出了5倍.”美国航天局戈达德太空飞行中心科学家朱莉-麦克恩雷说：“我们还利用其它射线与其中的近半数进行了信息互动.”

耀变体是一种遥远的星系，其巨大的黑洞会向我们释放出高速物质流.人们普遍认为已知超过500个的耀变体是伽马射线的主要来源.在银河系内，伽马射线源包括46个脉冲星和两个双子星系.在双子星系中，一颗中子星正围绕一颗炙热的新星高速运行.

4.中子星附近发生时空扭曲

新浪科技讯北京时间2007年8月28日消息，据国外媒体报道，美国的科学家们近日称，他们最近在中子星附近成功地观测到了时空扭曲现象，这再次证明了爱因斯坦时空扭曲理论的正确性.

美国宇航局和密歇根大学的天文学家们称，在中子星周围观测到一些铁气体的线形拖尾，证明的确存在时空扭曲，并称可以据此推算出天体的大小限度.美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰大学的研究小组成员苏蒂普-巴塔查耶表示，由于科学家们曾在黑洞甚至地球周围观测到过同样的扭曲，因此次此发现并非惊人之事，然而它对于解答物理学的基本问题意义重大.巴塔查耶说：“这属于基础物理学范畴，在中子星中心可能存在着各种奇异的粒子或物态，如夸克物质，由于我们无法在实验室进行模拟实验，因此找出答案的唯一方法就是去了解中子星.”

中子星是一种密度极高的恒星，它相当于把有比太阳还重的物质压进一颗城市大小的球体中，几茶杯中子星物质的重量就可以超过珠穆朗玛峰.天文学家们用这些碎裂的中子星作为天然实验室，研究物质是如何在极端的自然界压力中被紧密挤压的.然而，在开始着手解开隐藏在这些衰减中子星之下的谜之前，科学家们必须非常精准地测量出它们的直径和质量.在目前进行的两项研究中，天文学家们使用了欧洲太空总署的XMM-牛顿X射线天文台和日本/美国宇航局的朱雀X射线天文台，对3对双中子星进行了观察测量，它们分别是巨蛇座X-1，GX349+2和4U1820-30.科学家们还研究了炙热的铁原子发出的光谱线，这些铁原子在中子星表面上方急速旋转形成圆盘状，旋转速度高达40%光速.

通常来说，测量到的过热的铁原子光谱线应有均匀对称的峰值.然而，天文学家们的测量结果却显示出了歪斜的峰值，这意味着出现了相对论效应的扭曲.他们认为，气体的飞速运动(和相对强大的地心引力)导致了光谱线的扭曲，形成更长波长的拖尾.同时，这些测量工作使得科学家们可以判定恒星的最大尺寸.密歇根大学的XMM牛顿研究小组成员爱德华-卡克特说：“我们看到铁气体就在中子星表面外部飞速旋转，由于该圆盘内部显然不可能比中子星表面绕行更紧密，因此这些测量使我们可以确定中子星直径的最大尺寸.根据我们估算，中子星直径最大不过20.5英里(33公里).”

爱因斯坦提出的广义相对论是现代物理学的奠基石，其要义是两个物体间之所以存在引力，是因为重力场使四维时空发生扭曲.1919年发生日食时的观测结果证实太阳的重力使星光弯曲.1976年美国宇航局的重力探测A计划，把一个原子钟送入离地1万公里的太空中，证实了爱因斯坦提出的重力会使时间慢下来的推测.理论上说，可以通过监视绕地球运行的一个陀螺仪的转轴位置来验证时空扭曲的发生.在确定了参考星座后，如果发生时空扭曲，那么陀螺仪的转轴和参考星座的方向关系就会发生改变.根据牛顿力学原理，一个陀螺仪和一个参考星座方向对齐后，如果没有外力干扰，就会始终保持对齐.但是根据爱因斯坦理论，由于地球自转和重力场引起的时空扭曲会造成陀螺仪和参考星座的相对方向发生改变.在8月1日出版的《天体物理通讯杂志》上，已经发表了XMM牛顿研究小组的论文，其它相关论文也将在该杂志上陆续发表.

5.7000光年外双星系统再次验证爱因斯坦相对论

艺术示意图：脉冲星PSRJ0348+0432和它的伴星——一颗白矮星，它们强大的引力场造成时空弯曲

新浪科技讯北京时间2013年5月3日消息，中子星是一类具备极端密度的奇异星球，然而对于PSRJ0348+0432而言，高密度还并非其最奇特的特征.这颗星球的直径仅有约13英里(约合21公里)，但其质量却和两个太阳质量相当，每秒自转25圈，在此过程中发出稳定的无线电波脉冲信号.另外，它还有一颗伴星，一颗白矮星，其自转速度也不慢：每分钟144圈.搞清楚这里的实际状况花费了很大一番功夫，但是当天文学家们终于意识到这里的情形之时，他们很快就有了一个想法：在这样极端的引力场环境下，这样两颗天体是理想的实验对象，它们是否会像爱因斯坦在广义相对论中所预言的那样，按照一个可以通过相对论计算出来的特定速率相互靠拢？又或许这种极端情形根本就不再适用于引力理论而需要套用量子论的观点来进行理解？德国马克斯·普朗克射电天文研究所的约翰·安东尼亚蒂斯(JohnAntoniadis)表示：“目前有很多描述物质在这种极端环境下行为的理论.”而要想对此情形进行精确的测量，需要极度的耐心和细致，但最后的结果显示，爱因斯坦的广义相对论做出的预言与实际测量值相吻合.就这一具体的案例而言，由于引力波辐射造成的能量损失，这两颗星体构成的系统相互绕转周期每年大约减缓800万分之一秒.有关此项研究的详细报告将于近期发表在《科学》杂志上.加拿大麦吉尔大学的天文学家瑞恩·林奇(RyanLynch)表示：“我们必须非常精确的知道这一系统中中子星和白矮星成员的质量数据，因为不管是广义相对论还是其他理论，这一质量数据都是用于进行轨道衰减计算的极重要的参数.”天文学家们还需要精确测定这两颗星体之间相互绕转周期的变化情况.而这颗中子星的脉冲辐射恰好可以充当这一测量的计时器.林奇表示：“这些因素放在一起，让中子星J0348成为一个强大的工具.”天文学家们还在对这一系统开展进一步的细致研究以便确定其成因.他们相信这一系统维持目前的状况已经至少有大约20亿年之久.宇宙是最好的实验室.目前天文学家们还在继续寻找更加极端的环境用以检验爱因斯坦的理论.他们尤其希望找到的情况是一个围绕一个黑洞运行的脉冲星.黑洞是密度甚至比中子星还要高的天体，它的引力场已经强大到即使连光线也无法逃脱的地步.安东尼亚蒂斯表示：“如果真能找到这种情况，那么我们将可以对黑洞开展详细得多的考察，看看它们是否符合爱因斯坦的理论预期.”

PSRJ0348+0432是目前所发现的质量最大的中子星，其地表的引力场强度大约是地球表面是3000亿倍.而在其核心部位，一颗食糖颗粒那么微小的物质团块质量可以达到10亿吨.林奇表示：“广义相对论不断通过我们为其设置的各项测试，因此我们必须不断寻找宇宙中最极端的环境以对相对论进行不断接近极限的测试，直到找出其崩溃的地方，并在那里找到新的物理学规律.”(晨风)

图一：地球上由于物质密度各处存在差异，使得地球重力场并不均匀，增加了判断时空扭曲存在难度.NASA“葛雷斯”重力探测卫星得出的地球重力分布图，红色代表高重力区域，蓝色则代表低重力区.

图二：图为地球周围引力场和时空结构拖曳扭曲时的情形.

图三：宇宙中黑洞旋转引发的时空扭曲效应，以及黑洞猛烈物质喷射时的场景

近日一项最新研究表明，早先物理学家利用爱因斯坦广义相对论所做出的预测再次被证实：在旋转行星周围，的确有时空平面扭曲现象存在.在研究中，天文学家通过分析两枚绕地球轨道的人造卫星11年来的运行轨迹，发现由于地球旋转所造成特异的空间结构，使得这些卫星平均每年出现大约2米的轨道偏移现象.参与该项研究的科学家表示，他们在上世纪九十年代末曾得出过同样的发现，但是这次所得出结果将更加精确可靠.