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测试爱因斯坦相对论基本原则有新法

测试爱因斯坦相对论基本原则有新法

  一种新的测试爱因斯坦相对论基本原则的方法发表在最新一期《物理评论快报》上。该方法利用了太空中被称为快速射电暴的罕见短波,测试效率比以往使用伽马射线暴高10到100倍。《物理评论快报》评审认为这一方法“非常重要且具有创新性”。

  新方法被认为是对爱因斯坦等效原理提出100周年的重要贡献。等效原理是广义相对论的第一个基本原理,也是整个广义相对论的核心。等效原理还是大质量物体形成时空曲率概念的核心内容。

  快速射电暴是超级短的能量爆发,只能持续几个毫秒。正如其他形式的电磁辐射那样,快速射电暴也以光粒子波的形式穿越太空。利用它可以探测其星系宿主、星系之间的距离以及宇宙结构,甚至测试基本物理原理。

  据物理学家组织网2015年12月31日报道,到目前为止,科学家只发现了大约十几个快速射电暴,它们似乎由银河系以外的神秘事件引起。新技术对于分析其丰富的观察结果很重要。论文作者认为,“利用未来更丰富的观测信息能更好地理解其物理属性”。

  新方法的重要性在于可以藉此期待观察到更多的重要电磁辐射,如果其来源被证明来自银河系以外且距离可以被精确测定的话,快速射电暴将成为一个新的强有力测试爱因斯坦等效原理的工具。

  爱因斯坦的等效原理要求,任何两个不同频率的光子如果从同一个来源在同一时间发射出来,经历了同样的引力场,应该在几乎幸运飞艇同一时间到达地球。如果这一原理成立,任何时间上的推延不应该由引力场作用引起,而是受到其他物理因素的影响。如果能测量两个不同频率光子到达时间的接近程度,就能测出它们如何遵循了爱因斯坦的等效原理。

  此前,科学家发现,快速射电暴可能的起源是超新星产物,但是在最新的研究中指出,快速射电暴与中子星有关,一种可能性的解释是中子星与小行星发生了碰撞。 有观点认为,未来中国的500米幸运飞艇口径的射电望远镜能够进行此类研究,望远镜预计在2016年后进行观测,届时有望揭开快速射电暴的谜团。

  该论文由中美研究人员共同完成,中方人员包括中国科学院紫金山天文台的吴雪峰、魏骏杰以及北京师范大学的高鹤,美方人员则为宾夕法尼亚州立大学天体物理学教授皮特·梅萨洛什。

  (原载于《科技日报》 2016-01-01 01版)