重力扭曲時空 NASA證實相對論

juni

哪位物理學家請來解說一下～～
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  【台灣醒報記者蔡沛琪綜合報導】愛因斯坦說的對！NASA週三正式公布重力探測器B計畫的研究成果，證實愛因斯坦相對論指出，有關地球等天體產生的重力，會扭曲周遭的時間與空間結構的論證。而這是NASA史上研究最久的計畫，耗時近半世紀，共耗資7.5億美元，如今終於開花結果，驗證這位相對論大師的理論。

這項研究始於2004年，近期發表於《物理報導》期刊，重力探測器B是由史丹佛大學科學家所設計，以測量地球的重力如何扭曲時間和空間，地球自轉如何扭曲週遭的時間和空間結構，來驗證愛因斯坦相對論的重力場彎曲效應和結構拖曳效應。
計畫由NASA資助，計畫主持人史丹佛大學物理學家艾佛利特形容說，人們可以想像「地球彷彿被浸泡在蜂蜜裡，當地球自轉時，上面的蜂蜜也會跟著旋轉，時間和空間也會如此跟著扭曲。」

重力探測器B太空船承載四個迴轉儀，實驗設定讓重力探測器B環繞地球運行，固定指向一顆名為IM Pegasi的恆星。假如地球的重力不會影響空間和時間的話，迴轉儀會永遠指向同一方向，符合牛頓的理論。然而，迴轉儀的方向卻有細微的偏移，證實愛因斯坦的理論。

NASA科學家、資深天體物理學家丹契說，這項研究結果對理論物理學有長遠的效應，未來任何想挑戰愛因斯坦廣義相對論的研究，必須先完成比重力探測器B更精確的測量結果。

mike7689

正確來說是1979年! 1979年人類第一次透過天文物理學上的發現證實愛因斯坦的時空模型理論。如圖




根據愛因斯坦的廣義相對論：簡單來說，我們可以把"時空"想像成一層有極大韌性的橡皮薄膜；現在我們把一顆彈珠A放在橡皮膜上自然會產生凹陷，而之後在A附近倒出其他彈珠，這些彈珠運行的軌道一定會往A彈珠的方向偏移、集中! 以物理的語言來描述，一個有質量的粒子(或大型物件都ok)一定會對時空的"曲率"有所改變，質量越大或密度越高橡皮膜凹陷越嚴重，而這種時空曲率的變化會連帶影響周遭經過它的其他有質量的物體，換另一種術語來說，我們稱之為"重力場"(物理語言裡面"場"可以解釋為影響)。中學的基礎物理一定學過，兩個帶異性電荷的物體會互相吸引，同理，對兩個有質量的物體來說，我們可以解釋為，A產生的"重力場"影響到B，讓AB互相靠近，但跟電磁力不一樣的地方在於，重力雖然微弱，但影響距離卻是非常地遠，是自然界四大作用力(電磁力、重力、強交互作用、弱交互作用)裡面影響距離最遠的。

然而，如果我們用傳統中學課本上重力場的概念來解釋重力透鏡效應是行不通的，因為光子並沒有靜止質量，照傳統論點來看光不會受到"重力場"影響...
而如果用愛因斯坦的時空模型來解釋，一切都說得通了...!
上面第一張圖就是重力透鏡效應的示意，我們要觀測的星體(例如遙遠的恆星)A，距離A和地面的觀測站C之間隔著某種質量巨大的物體B(B有可能是其他星系，甚至是黑洞...)，此時，由A發射出來的光線，經過B附近被扭曲的時空，原本的直線會稍微拐彎，但對光來說，它還是走所花時間最短的路徑---沿著橡皮膜直直往前跑到觀測站C! 只是橡皮膜被扭曲了而已...所以光線只好跟著扭曲...

觀測站C可能會看到類似圓弧或是類星體的成像，或是像下面那張大圖的樣子，叫做愛因斯坦十字。

juni

原文由 mike7689 於 2011-5-5 14:08 發表
觀測站C可能會看到類似圓弧或是類星體的成像，或是像下面那張大圖的樣子，叫做愛因斯坦十字。..

這是說，Ａ是單一星體，但是經過重力場Ｂ，我們會看到四、五個光點嗎？如果我的理解無誤，這並非因為投射或複製，而是因為光到到觀測點Ｃ的時間和角度不一致所造成的，對嗎？

mike7689

原文由 juni 於 2011-5-5 19:25 發表 這是說，Ａ是單一星體，但是經過重力場Ｂ，我們會看到四、五個光點嗎？如果我的理解無誤，這並非因為投射或複製，而是因為光到到觀測點Ｃ的時間和角度不一致所造成的，對嗎？ ...

是的~就是時空扭曲造成經過的光線跟著扭曲! 一般生活上的光學經驗，可以想像一下因為折射效應，水面下的筷子看起來快要斷掉、或是海市蜃樓的例子~

這樣就可以了解了~