广义相对论的新验证设计_广义相对论论文

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爱因斯坦的广义相对论创立至今,已经先后经过了水星过日点进动、光线在太阳附近引力场中的弯曲、光谱的引力红移、雷达波传播途经太阳引力场往返时间的延缓、引力波的接收、爱因斯坦万有引力透镜观察星体的多重影像等几次实验检验。虽然说其中的有些检验精度不是很高,特别是引力波的重复接收实验至今未果,但是在检验条件允许的误差范围内,广义相对论所预言的几个效应还是存在的。不仅如此,爱因斯坦的广义相对论还直接导致了现代宇宙学的诞生。现代宇宙学的发展与广义相对论的验证紧密相连。

现在,中国天体物理学家提出了“随宇宙初始的膨胀惯性,物质质量不变,而物质密度在变小,相互间的引力作用应趋减弱”的观点,并用地球自转速度自泥盆纪以来, 每年的长度由400 天左右变成现在的365天多,每100年1日之长增加0.0016秒; 太阳只要膨胀其现在半径的万分之一,就要减少200年左右的辐射能;太阳的角动量分布异常, 是因为太阳起源时体积比现在小得多,自转速度比现在的约25天自转一周速度要快等例证,来解释河外星系的红移并非是多普勒红移,而是一种宇观大尺度上膨胀致引力减弱,斥力增强的缘故,河外星系红移是宇宙膨胀引力作用趋减的效应所致。并试用宇宙膨胀,引力场强度递减的效应,设计了广义相对论的第7个验证方案, 具体做出了纵比星系间引力相互作用强度应当减弱;太阳系围绕银河系中心每秒约250 千米的转速应略有减慢;太阳上的逃逸速度和光线在太阳附近引力场中的弯曲曲率应稍有减小的几个预言。

对广义相对论的实验检验之研究与其发展是艰难而缓慢的。曾有专家说过,哪怕是将广义相对论被验证的精度提高百分之几,或者是发现与广义相对论已经做出的预言稍有不符,就是一项重大发现。现在中国天体物理学家根据宇宙膨胀论导致的引力作用强度递减的效应,设计了一个新的广义相对论检验方案,并且做出了几个预言,可以说这是数十年来广义相对论研究的一个重要进展。

美国威尔逊天文台与帕洛玛天文台的兹维基说过,每个星系团似乎都是一个独立的单元,星系团不再成双成群地构成更大一级的集团。这一事实说明,把牛顿的引力定律应用于如此遥远的距离可能会出现新的问题。也许由于星系团彼此相隔太远,吸引作用停止,代之而起的是排斥作用,因为星系团好像在相互躲避。这说明在星系间距离大于星系平均直径的宇观大尺度上,引力作用是有所不同的。随着宇宙膨胀而引力作用减弱的观点,不仅为重新解释河外星系红移机制提供了可能,而且还为设计新的广义相对论检验方案提供了可行性。

当前在国际天文学界,大多数人是相信在宇观大尺度上存在着有别于牛顿万有引力作用规律的。这次由中国天体物理学家提出的有关宇宙膨胀,引力减弱效应及几个预言,究竟怎样具体进行广义相对论的专项检验,验证和检验的效果如何?让我们共同期待着。

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