这些实验试图证明广义相对论是错误的

广义相对论已经有一个多世纪的历史了,到目前为止它的预测都得到了证据的支持:光的偏转、引力红移、黑洞和引力波等。但是,大多数物理学家仍然坚信爱因斯坦的理论是错误的,他们不断尝试寻找证据证明它根本不起作用。这其中的一个重要原因是它与量子力学不相容,另一个原因是它预测黑洞内部存在奇点,在这些奇点之上理论就失效了。所以,广义相对论基本上预言了自己的灭亡。

光速不一致

我们有理由认为广义相对论是错的,但我们如何才能确定这是否是真的?要做到这一点,最好的方法是检验基于他的理论的假设。最重要的假设是,在宇宙的各个方向和各个地方,光速都是相同的。准确地说,这指的是所有频率下电磁辐射的速度,而不仅仅是可见光范围内的速度。并且它是真空中的速度,而不是介质中的速度。

这些实验试图证明广义相对论是错误的

根据爱因斯坦的理论,真空中的光速与光的频率和偏振无关。如果光速与频率有关,就会出现色散效应;如果与偏振有关,就会有双折射效应。我们知道这两种效应都存在于介质中,如果我们在真空中也能看到它们,那就意味着爱因斯坦错了。

事实上,目前最好的实验来自于分析伽马射线暴的电磁辐射。这主要是因为伽马射线暴很亮、很短,而且离我们几十亿光年远。此外,它们发出的电磁辐射能达到非常高的能量。既然我们知道光一定是在同一时间发出的,不管它的频率如何,我们就可以测试它是否也在同一时间到达。由于伽马射线暴是如此遥远,即使是微小的光速差异加起来也会造成明显的延迟。几个月前,牛津大学和斯德哥尔摩的一个研究小组发表了最新的研究成果:到目前为止,还没有迹象表明它是错的。

这些实验试图证明广义相对论是错误的

引力波速度

试图证明广义相对论是错误的第二个方法是引力波的速度,广义相对论预测引力波的速度也为光速。但这是很难测试的,因为我们需要同时测量来自同一来源的引力波和光。即使我们设法做到了这一点,也很难证明它们是同时释放的。

目前只有一次这样的测量,那就是2017年8月的一次引力波事件。据信这是两颗中子星的碰撞,并发出电磁发射,在我们探测到这次事件产生的引力波1.7秒后,地球轨道上的航天器探测到了此次的电磁信号。这与爱因斯坦的预测相一致,不能证明广义相对论是错误的。不过,就算这两种信号到达时间相差巨大,我们也不能证明它就是错的,因为我们不知道它们是否是同时释放或者在中途发生了什么事。

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引力波回声

引力波还提供了另一个证明错误的机会。在爱因斯坦的广义相对论中,黑洞视界不是一个物理物体,它只是一个边界的位置,我们给这个边界去了一个名称而已。但如果爱因斯坦的理论从根本上来说是不正确的,那么黑洞视界可能具有物理特性,例如由量子效应创造的尚未发现的量子引力理论。

这些实验试图证明广义相对论是错误的

如果是这样的话,那么从黑洞或中子星合并中发出的引力波看起来就会与爱因斯坦的预测不同。因为如果视界是一个物理物体,那么它可以发出引力波并产生回声,在引力波数据中,这看起来像是原始信号的一个有规律的重复,只是振幅减小了。

有许多物理学家在引力波数据中寻找类似的信号,他们也确实在上述提到的中子星碰撞事件发现了一个看起来像回声的信号,不过统计显著性在2到4.2西格玛之间。然而,在对数据进行了更多的分析之后,天体物理学家似乎基本同意所谓的回声与黑洞视界本身没有任何关系。请注意,这是中子星的合并,科学家认为回声来自于黑洞坍缩的延迟。

这些实验试图证明广义相对论是错误的

最后

另一个相当直接的测试是,检验在非常短的距离上是否适用于1/R²规律。是的,这就是牛顿的万有引力定律中的规律,但广义相对论中也有。但是,到目前为止,最精确的实验也没有能推翻这个规律。但这是一种证明广义相对论错误的思路。

最后,我们可以检验广义相对论的关键假设:等效原理。不严格来说,等效原理要求所有物体下落的速度都是一样的,最重要的是,它们下落的速度与质量无关。最近的一个实验测试了铷的两种同位素在地球引力场中的下落,结果没有发现任何违反等效原理的现象。

证明爱因斯坦相对论的错误有什么好处?首先,它将为我们发展量子引力理论提供实验指导,这将帮助我们理解空间和时间的量子性质,以及黑洞内部是什么,或者大爆炸发生了什么。许多物理学家也希望它能阐明其他谜题,例如暗物质和暗能量,或者宇宙中一些异常的观测结果。

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页面更新:2024-05-10

标签:伽马射线   爱因斯坦   中子星   广义相对论   光速   回声   引力   黑洞   速度   错误   理论

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