地球周围发现时空漩涡：爱因斯坦预言得到证实

　　新浪科技讯 北京时间5月6日消息，据美国宇航局网站报道，爱因斯坦的预言再一次得到了证实！科学家们经过仔细的检测，发现地球周围确实存在时空漩涡，并且其各项参数和爱因斯坦广义相对论预言的完全符合。

　　这是此间在美国宇航局总部举行的一场新闻发布会上公布的消息，探测的结果来自对该局实施的引力探测卫星B(GP-B)计划的数据分析结果。

　　引力探测卫星B项目首席科学家，斯坦福大学物理学家弗朗西斯·艾福瑞特(Francis Everitt)表示：“正如广义相对论预言的那样，地球附近确实存在时空扭曲。”

　　而美国华盛顿大学圣路易斯分校的克利福德·威尔(Clifford Will)表示：“这是一个历史性的时刻。”威尔是爱因斯坦理论研究方面的专家，他目前正担任美国国家研究理事会一个独立下设委员会的主席职务。这一委员会于1998年由美国宇航局创立，其主要目的便是对引力探测卫星B的数据进行检查和评估。他说：“有一天，今天的这个实验将被作为经典案例写进物理学教科书。”

　　根据爱因斯坦的相对论，空间和时间是交织在一起的，形成一种被他称为“时空”的四维结构。地球的质量会在这种结构上产生“凹陷”，这很像是一个成年人站在蹦床上陷进去的情形。爱因斯坦指出，引力的本质仅仅只是物体围绕这种时空凹陷的曲线边缘运动的外在表现。

　　如果地球是静止的，那这种扰动将不复存在。但是地球并非静止不动，我们的地球在不停旋转，这种旋转会产生扰动，尽管非常轻微，但仍然会产生一种四维漩涡。而这就是2004年发射进入太空的引力探测卫星-B所要探测的目标。

　　实验的原理

　　这一实验项目背后的科学原理非常简单：科学家们将一个陀螺仪送上地球轨道，使它的一个旋转轴指向一颗遥远的恒星作为参考点。在没有任何外力作用的情况下，这一旋转轴应当永远指向这一颗恒星。但如果空间是扭曲的，那么陀螺仪的指向会随着时间推移发生改变。通过对这种改变的精密检测，科学家们能了解时空弯曲的相关信息。

　　这说起来似乎很简单，但真正做起来却非常艰难。

　　首先，制造引力探测器B中4个高精度陀螺仪需要用到精度极高的球体。事实上，这些陀螺仪内部的转子是人类迄今制造过的最完美球体。它们的大小约相当于一个乒乓球，由熔凝石英和硅材料制成，其相对完美球体的误差在任何方向都不超过40个原子的厚度。这样高的精度是必须的，因为如果不是这样做，那么这些陀螺仪转轴的晃动将出现误差。

　　根据爱因斯坦理论进行的估算显示，地球周围空间的时空扭曲将导致陀螺仪旋转轴出现每年0.041弧秒的改变。1弧秒等于1/3600度。为了测出这样微小的改变量，GP-B探测器必须具备0.0005弧秒的精度。这就相当于让你测量放在100英里(约合161公里)之外的一张纸的厚度。

　　对此，威尔说：“GP-B探测器项目的工程师们不得不发明一整套全新的技术来满足这种不可思议的要求。”

　　举几个例子，工程师们开发了一种“无拖曳”卫星技术，它可以让卫星擦过地球最外层大气却不会造成对其内部陀螺仪的扰动。他们还开发出独特的技术来防止地球磁场穿透探测器从而影响其测试精度。最后，他们还设计出一种技术来测量陀螺仪的旋转角度，但整个过程中不会触碰到陀螺仪从而对其造成影响。

　　即便克服了制造和设计上的技术困难，进行这项精度空前的实验本身同样是一个巨大的挑战，但经过一年的数据收集和将近5年的数据分析，GP-B项目的科学家们认为他们已经几乎接近完成这项工作。

　　艾福瑞特说：“我们测量到测地线效应值为+6.600或-0.017，惯性系拖曳效应值为+0.039或-0.007。”

　　测地线效应是指由于地球的静止质量引起的陀螺旋转轴改变，也即时空的凹陷。而惯性系拖曳效应则是由于地球自转导致的陀螺旋转轴改变，也即时空的扭曲。测量得到的这两组数据都和爱因斯坦理论的预测非常吻合。

　　伟大的实验

　　威尔说：“根据我领导的委员会对此的看法，这项工作简直具有英雄气概。我们都被惊呆了！”

　　引力探测卫星-B的测量结果具有革命性意义，因为它让物理学家们更有信心，爱因斯坦的理论看上去实在非常古怪，让人难以接受，但事实反复证明它确实是正确的，并且可能是一个普遍的理论。地球附近空间存在的时空漩涡在其它大质量天体附近也一样存在，如中子星，黑洞和活动星系核等，只不过那里的时空漩涡更加剧烈，规模更加大而已。

　　威尔说：“如果你想在一个黑洞周围高度扭曲的时空中完陀螺，它不会出现那么轻柔的偏转，它会剧烈晃动，甚至整个倒过来。”

　　在双黑洞系统中，两个黑洞相互绕转，而黑洞本身也在自转，它的本身就相当于一个旋转的陀螺。想象一下，一对相互绕转，存在自转，还在疯狂晃动翻转的黑洞吧！这虽然听起来实在非常诡异，但这就是爱因斯坦的广义相对论所预言的。而这一次引力探测器-B的测量结果则证明，这种情形是确实可能的！

　　这项伟大实验的意义还不仅仅局限在对广义相对论的检验，它还深刻影响了数百位年轻物理学家的生活。

　　艾福瑞特说：“由于这项实验主要以大学为主导进行，很多学生直接参与到了研究工作当中。斯坦福大学有超过86位博士生参与了研究工作，还有14位来自其他大学的学生获准加入了科学团队。除此之外，数百名本科生和55名高中生也参与了项目的辅助工作。宇航员萨利·赖德(Sally Ride)和诺贝尔奖获得者，著名物理学家埃里克·康奈尔(Eric Cornell)也加入了这项实验工作。”

　　美国宇航局自1963年开始便持续拨款支持引力探测器-B的研究开发工作。这意味着艾福瑞特和他的一部分同事们已经在这个项目的设计、建造、运行和数据分析工作上花费了整整47年时间！从而使其成为美国国家航空航天局(NASA)历史上研发持续时间最长的科学项目。这确确实实是一项史诗般的工程！

　　未来的路

　　那么接下来呢？

　　艾福瑞特想起了他的论文导师，诺贝尔奖获得者，著名实验物理学家帕特里克·布莱克特(Patrick M.S. Blackett)给他提出的建议：“如果你在物理学研究上不知道下一步该做什么，那么就试着开发一些新技术，它们会带你找到新的方向。”

科学家发现8000万公里外首颗地球小行星伴侣

　　新浪科技讯 北京时间7月29日消息，科学家们发现了一颗地球的“小行星伴侣”，这颗太空石块运行在地球轨道的前方，一直和地球保持着若即若离的距离。

　　这颗小行星名为2010 TK7，直径大约300米左右，目前正运行在地球前方约8000万公里处。

　　这颗小行星属于一类科学家们长期以来一直在寻找的种类，即“地球-特洛伊族”(Earth's Trojans)小行星。这种类型的小天体，由于轨道因素，尽管它们距离地球比月球要远得多，但是却更加容易登陆。天文学界长期以来一直怀疑存在着这类小行星，但是直到此次才被最终确认。这些小天体未来将极可能成为极具价值的探测目的地，并且它们的表面可能还富含有地球上较为稀有的化学元素。

　　为了给读者一个有关地球-特洛伊族小行星的清晰图景，请想象一个等边三角形，地球和太阳分别位于其中两个端点上，而这第三个端点便是所谓的“特洛伊点”(Trojan point)或者称拉格朗日点，这是以著名的法国数学家拉格朗日的名字命名的，他首先推导出了这种特殊点的存在。这种和地球和太阳呈现等边三角形关系的点一共有两个，分别位于地球轨道前进方向的前方(称第四拉格朗日点，即L-4)和后方(称第五拉格朗日点，即L-5)。

　　太阳和其他行星之间也会形成拉格朗日点，在这些点附近也存在类似的特洛伊族小行星。事实上天文学家们已经确认了木星，海王星和火星特洛伊族小行星的存在。由此，天文学界长期以来便怀疑地球的前后两个拉格朗日点上会否也存在着同样的小行星。但是寻找这些小天体将困难重重，由于角度关系，从地球上看去，这些小天体(如果存在的话)主要都将出现在白天，强烈的太阳光将淹没一切。

　　但是现在，借助2009年升空的美国宇航局广角红外巡天探测器(WISE)，天文学家们终于找到了首颗地球-特洛伊族小行星，这颗小天体位于地球L-4区域。

　　地球的小行星伴侣

　　作为第一颗被发现的地球-特洛伊族小行星，2010 TK7有着复杂的轨道。

　　特洛伊族小行星的轨道并非停留在拉格朗日点不动，而是会沿着一条蝌蚪形的复杂轨道围绕该点运行，这是受到太阳系其他天体引力扰动影响的结果。但是小行星2010 TK7的特别之处在于它的轨道“圆环”特别大，有时候甚至会使其运行到太阳的另一侧。

　　马丁·康纳斯(Martin Connors)是加拿大阿法巴斯加大学的天文学家，也是论文合著者，他说：“这颗小行星的行为比我们预想的更加有趣，它的行为似乎和其他已知的特洛伊族小行星都不同，除此之外，它还必须有一些极端的'动作’才能运行到距离拉格朗日点如此之远的区域，从而进入我们的视野。”

　　康纳斯和同事们使用WISE探测器的小行星-彗星巡天项目数据进行地球-特洛伊族小行星的搜寻工作，这一巡天项目称为NEOWISE，即“近地天体和广角红外巡天”的英文缩写。

　　2010年至2011年2月，WISE探测器在红外波段扫描整个天空，探测的结果是得到了两颗疑似候选目标。随后利用夏威夷莫纳克亚山顶的“加拿大-法国-夏威夷望远镜”进行的验证性观测证实其中一颗，即2010 TK7是一颗地球-特洛伊族小行星。

　　科学家们对其轨道参数进行了详细演算，已经可以精确确定其未来1万年间任意时刻的位置。根据计算结果，在这段时间内，2010 TK7距离地球都不会超过2000万公里，这相当于地月距离的50倍以上。

　　宇航局喷气推进实验室(JPL)的艾米·美因茨(Amy Mainzer)是NEOWISE项目首席科学家，但是并非这一研究论文参与者。她说：“这就像是地球的舞伴一样，地球永远在后方追赶着它的舞步。”

　　2010 TK7这样扰动的轨道有时候会使它偏离稳定的拉格朗日点相当远，这说明它只是被部分捕获，这也似乎暗示它是最近才偏离其原有轨道并陷在这里的。

　　2010 TK7或许是第一颗被确认的地球-特洛伊小行星，但是在地球轨道附近还存在着几颗拥有稳定轨道的小行星。其中包括3753 号小行星克鲁坦(Cruithne )和2010 SO16，它们拥有巨型的马蹄形轨道。除此之外。还有至少两颗类似的小天体已经得到确认。但是这其中的任何一颗的轨道特征都不符合地球-特洛伊族小行星的标准。

　　仍然充满未知

　　到目前为止2010 TK7还没有得到正式的命名编号。康纳斯表示：“在授予正式编号之前，其轨道还需要进一步的精细化，因此我们还需要几年的观测数据，之后WISE小组才能给予它正式的编号。”

　　目前，2010 TK7还没有任何色谱数据来显示其化学组成信息。一般而言，小行星的化学成分和地球接近，但是由于它们体积很小，因此会很快冷凝，这就意味着一些重元素还来不及进行化学分异并沉降入内部，因此其地表的重元素含量可能会比大行星稍高。

　　也因为这个原因，在地球表面罕见的贵重金属元素在这些小天体表面可能含量会稍高。

　　康纳斯说：“有一天我们或许会去开采这些矿产。”

　　不幸的是，2010 TK7并非一个理想的采矿目的地，因为它的轨道会使它运行至远高于或远低于黄道面的区域，这就意味着飞船将需要燃烧更多的推进剂才能抵达。但是如果我们能找到其它的地球-特洛伊族小行星，或许前往那些小天体不会这样困难。

　　现在既然研究人员们已经发现了一颗，康纳斯说：“这会引起大家的兴趣，想知道究竟还有没有更多”。他希望现在正在运行的“全景巡天望远镜和快速反应系统”阵列(Pan-STARRS)将会在这方面取得突破。

　　有关这一发现的论文已经发表在了7月28日出版的《自然》杂志上。

120亿光年外发现大量水：为地球储量140万亿倍

　　新浪科技讯 北京时间7月27日消息，水真的是无处不在。最近两个来自美国加州大学的天文学家小组各自独立找到了宇宙中迄今发现的最遥远，规模最大的“水库”。类星体是宇宙中观察到的最明亮，活动最剧烈的天体之一，而正是在一颗距离地球约数百万亿公里的类星体附近，天文学家们发现了巨大的水汽存在。这里的水汽质量约相当于地球上全部水量的140万亿倍，或者说，这些水的质量相当于太阳质量的10万倍。

　　由于这颗类星体距离地球极其遥远，其发出的光要经过120亿年才能抵达地球。因此此次的发现过程中所观测的这颗类星体存在于宇宙仅仅诞生16亿年后。马特·布莱德福德(Matt Bradford)来自美国宇航局喷气推进实验室(JPL)。他说：“这颗类星体与众不同，因为他的周遭存在大量的水汽成分。这是一个新的证据，证明水在宇宙中是到处存在的，即使是在宇宙的极早期环境中也是如此。”布莱德福德领导的一个国际天文学家小组在《物理学通报》上发表了他们的结果。

　　根据现有理论，类星体是由居于其核心部位，正稳步吞噬其周遭气体和尘埃盘的大质量黑洞驱动的。当黑洞吞噬物质时，释放出强烈的辐射。这两组天文学家都对同一个类星体 APM 08279+5255进行了研究，其核心位置存在一个约为200亿倍太阳质量的巨型黑洞，其释放的能量相当于太阳的1000万亿倍。

　　不过布莱德福德坦言，由于天文学家们之前便已经预言水分即使在宇宙的早期也应当存在于宇宙之中，因此这一发现本身并不出人意料。我们在银河系中也检测到水汽的存在，尽管它的量仅相当于此次观测的类星体周围水汽的1/4000，这是由于银河系中大部分的水分都以水冰的形式存在，而非水汽。

　　然而水汽却是揭示类星体本质的一个重要指示要素。就以这次所观测的黑洞为例，水汽在其周遭形成了一片宽达数百光年的巨大弥漫带，从天文学的角度来看，这说明这些水汽的温度高的异乎寻常，密度高的异乎寻常。尽管事实上这水汽温度很低，而其密度更是仅有地球大气层平均密度的300万亿分之一，但其温度仍然比类似银河系这样的普通星系高出5倍，密度则高出10~100倍。

　　水汽仅是在类星体周围发现的多种气体成分之一，并且它的存在也表明类星体正以X射线和红外线两个波段的辐射不断“轰击”着这些气体成分。水汽和这些辐射之间的相互作用可以被观察到，并且用以推断这些气体的性质以及类星体对其施加了何种影响。举例来说，通过对水汽的分析，可以了解类星体的辐射对于其余气体成分的加热情况如何。另外，通过对水汽和其它气体分子，如一氧化碳气体分子的研究，确认这一类星体核心的黑洞仍将有足够的“食物来源”，足以供应它成长为现有质量6倍的庞然大物。但是天文学家们也表示究竟这种情形是否会最终出现还无法确定，这是因为这些气体在被吞噬之前有可能已经冷凝称颗粒并进一步吸积形成行星或被抛射出了类星体周遭的轨道而散失了。

　　布莱德福德的小组在2008年进行了他们的观测，使用的是位于夏威夷莫纳克亚山顶的加州理工亚毫米波天文台(CSO)10米望远镜上的Z-Spec设备。Z-Spec是一种高度灵敏的光谱仪，它在工作时必须被冷却到仅有绝对零度以上0.06度。这台设备此次观测时使用的波段是一个被称为“毫米带”的光谱区域，它介于红外和微波波段之间。之所以这次能发现水汽的光谱，便是得益于这一设备的光谱覆盖范围要比之前使用的设备宽10倍以上。随后科学家们使用位于美国南卡罗来纳州的“毫米波天文学联合研究阵列”(CARMA)射电望远镜进行了确认观测。

　　天文学家们表示，这一发现凸显了在毫米和亚毫米波段进行观测的价值。在过去的二三十年间，这一波段的观测设备和技术飞速发展，而为了达成这一波段观测的全部潜力，科学家们(包括加州理工的，做出此项发现的科学家们)正在致力于研究一种名为“CCAT”的新型设备——在南美洲智利的阿塔卡玛沙漠中修建一台直径达25米的射电望远镜。

3千万光年外发现巨大旋涡星系似银河系翻版(图)

　　新浪科技讯 北京时间6月2日消息，天文学家们最近拍摄到一张银河系“孪生兄弟”的照片。这张旋涡星系NGC 6744的俯瞰图像很好地向我们展示了，如果一艘外星飞船飞过银河系，他们将看到的情景。

　　这个巨大的旋涡星系距离地球约3000万光年，位于南天的孔雀座。

　　在这张欧洲南方天文台最新拍摄的图像中，这个星系几乎正面朝向我们，因此我们得以一览她令人惊叹的旋臂细节。

　　除了大小之外，星系NGC 6744的模样几乎就是银河系的翻版。我们生活的银河系直径约为10万光年，而星系NGC 6744几乎是她的两倍。

　　在图像中可以看到旋臂结构中有许多红色的区域，那里正在形成新的恒星。

　　天文学家使用位于智利拉西拉的2.2米望远镜拍摄了这张照片，该次拍摄由马普研究所和欧洲南方天文台合作进行。

　　图像拍摄中使用了滤镜，以突出图像中的一些细节。

科学家研制时间漏洞首次实现物体时空同时隐形

　　新浪环球地理讯 北京时间1月6日消息，据美国国家地理网站报道，爱因斯坦相对论认为，重力可以导致时间变慢。如今，美国康奈尔大学科学家提出一种让时间停滞的方案，即通过让光线发生弯曲，从而产生一个时间漏洞，至少从表面上看时间似乎出现了停滞现象。专家认为，时间透镜实验是首例真正产生时间间隙的实验，也是首例实现物体在空间和时间上同时隐形的实验。

　　此项新研究的思想灵感来自于近期“隐形斗蓬”的技术，所谓的“隐形斗蓬”就是让可见光发生弯曲，从而让目标产生隐形效果。隐形的原理就是，光线发生弯曲绕过目标物体而不是直接照射到目标物体上，这样光线就不会被散射并反射到观测者的视野范围之内，物体表面上看似乎消失了。

　　美国康奈尔大学科学家采用了相似的方法产生一个时间漏洞，尽管只是很短一瞬间的事，但时间停滞的效果持续约为每秒的40万亿分之一。康奈尔大学物理学家阿历克斯-加耶塔是该项研究的首席作者。加耶塔介绍说，“想象一下，你能够将光线转向，让时间变慢，然后再加速，这样你就可以在光束中产生一个缺口。在这种情况下，发生于那一瞬间的事件将不会散射光线，看起来就好像那件事从未发生过。”

　　加耶塔举例说，“在博物馆中，有时会利用激光束扫描来保护无价的艺术珍品。探测器的激光束在不断来回扫描，突然激光束被挡住或被保护区没有激光，比如你走过激光束照射的地方，此时警报就会响起。但是，如果某种设备能够让一部分激光束加速，一部分激光束减速，这样就会出现瞬间无激光束的情况。此时你再走过相同的位置，这样探测器就永远发现不了发生过何事。”

　　让时间静止

　　加耶塔等人的研究成果近期发表于《自然》杂志之上。在论文中，研究人员介绍了时间停滞的实验过程。探测器照射出一束激光束，然后激光束穿过一种名为“时间透镜”的设备。和传统的透镜能够在空间上将光线发生弯曲一样，时间透镜能够使得光线出现暂时的分隔(非空间上的)。加耶塔介绍说，“在时间域中，这是一种能够真正控制光束属性的方法。”

　　论文的联合作者、康奈尔大学应用与工程物理学院科学家莫蒂-弗雷德曼据此设计了一种特殊的实现方法，“这种方法通过改变激光束的频率与波长，从而使其以不同的速率传播，这样就产生一种(时间)间隙。”然后，时间漏洞的另一侧还有第二束脉冲激光，这束脉冲激光的作用就是从相反的方向改变激光束的属性，从而让激光束恢复到原有的属性。在实验中，发生于时间漏洞之中的事件，都可以逃避探测器的探测。

　　美国罗彻斯特大学光学研究所科学家史志民(Zhimin Shi)介绍说，“这是首例真正产生时间间隙的实验，也是首例实现物体在空间和时间上同时隐形的实验。”史志民并没有参与到该项研究。

　　时间隐形

　　尽管这项研究仍处于最初期阶段，但是这种对时间的操作将有着很广泛的应用前景。史志民表示，“我认为，可能人们还没有对这种技术究竟有多大用途考虑太多。也许人们首先想到的是让某事物隐形不被探测到，或者故意让某事件处于'斗蓬’之中。”

　　不过，时间透镜技术还有可能让人悄无声息地向不间断的数据流中插入特定信息，这一行为可以做到天衣无缝，难以发现。弗雷德曼解释说，“我认为，你可以将某些数据隐藏于即将进入光纤中的数据流中。利用时间透镜，你可以随心所欲地操纵数据，事后还可以还原。”

宇宙时空泡沫尺度限定：氢原子核一亿分之一

　　新浪科技讯 北京时间6月2日消息，据物理学家组织网站报道，一个天文学家小组利用X射线与伽马射线观测手段，对宇宙中一些最遥远的天体进行了研究，从而加深了我们对于空间与时间本质的理解。他们的这项研究结果为极小尺度上时空的量子本质，或“时空泡沫”给出了一个限定。

　　在这项研究中，科学家们综合了来自美国宇航局钱德拉X射线空间望远镜，费米伽马射线空间望远镜以及来自地基的“高能辐射成像望远镜阵列”(VERITAS)的伽马射线观测数据。

　　在我们目前能够进行测量的最微观空间与时间尺度上，时空——也即三维的空间再加上时间——似乎是平滑且不显示结构的。然而作为一项高度成功的物理学基础理论，描述原子与亚原子粒子行为的量子力学理论却预言时空将不会是平滑的。相反，时空应当是像泡沫一样，激烈动荡，并且由许多非常微小且不断变化的区域构成 ——在量子力学看来，时空不再是确定的，而是处于不断的涨落之中。

　　论文的第一作者，美国佛罗里达理工大学的埃里克·帕尔曼(Eric Perlman) 表示：“思考时空泡沫的一种方式是假想你正乘坐一架飞机飞过海洋上空，海面看上去是一片平静的。然而，如果你离得足够近，你就会看到波涛，如果离得更近， 你将看到海面上漂浮的泡沫，其中有许许多多不断产生然后破灭的水泡。”他说：“更为诡异的，这些'泡泡’极端微小，即便是在原子尺度上对它们进行观察，仍然像是坐在高空飞行的飞机上观察海面的效果。”

　　理论上，这种时空泡沫的尺度大约相当于一个氢原子核直径的一亿分之一，因此无法对其进行直接的测量。如果时空的确具备泡沫本质，那么对其进行空间大小测量时 就应当存在一个精度上的极限，因为光子从中穿越的大量量子“泡泡”的大小将会随着时间发生涨落。基于所采用的不同时空模型，这种空间尺度上的不确定性将随 着光子在宏观宇宙距离内以不同的速率发生累积。

　　研究人员使用X射 线波段以及伽马射线波段对非常遥远的类星体开展观测获得的数据对时空泡沫的模型进行检验。类星体是由物质落向超大质量黑洞时形成的极端明亮的天体。论文作 者指出，光子穿越数十亿光年空间内累积的距离不确定性将导致成像质量的严重下降，甚至导致无法观测到遥远天体。而观测图像消失的波段则取决于所采用的不同 时空泡沫模型。

　　钱德拉X射线望远镜在数十亿光年外观测到遥远的类星体，从而排除了其中一个模型，该模型认为光子会在时空中随机消散，就像光穿越迷雾时的情况类似。而使用费米空间望远镜在伽马射线波段，以及使用VERITAS在更短的波段上同样也探测到了遥远的类星体，说明另外一项包含更少消散效应的所谓“全息”模型同样是不正确的。

　　论文的合著者，美国北卡罗莱纳大学的杰克·伍(Jack Ng)表示：“我们发现我们的数据可以排除两项不同的时空泡沫模型。我们能够得出结论，时空的泡沫性要比一些模型所预测的更低。”

爱因斯坦的广义相对论是怎么被证明的？

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　　广义相对论是爱因斯坦在1915年提出来的一个精确描述牛顿万有引力的理论。这个理论比牛顿万有引力更加优美，也更加精确。

　　当时正值第一次世界大战期间，爱因斯坦在德国提出了这个理论。

　　因为这个理论可以解释水星近日点的进动，所以大家对这个理论还是有点相信的，但物理学家需要找到更多的证据来判断此理论是否正确。（进动，一个自转的物体受外力作用，导致其自转轴绕某一中心旋转，也叫做旋进。）

　　星光偏析实验

　　于是，1919年，第一次世界大战结束的时候，马上有几个英国物理学家投入到了检验广义相对论理论的实验之中，这个实验就是星光偏折实验。

　　星星，在夜空中眨着眼睛。其实，这些我们人类肉眼能看到的星星，至少离我们地球有几光年甚至更远。

　　那么远的距离，对地球人来说，星星发过来的光就是一束平行光线。但是，因为地球是在太阳的引力场中运动的，所以我们可以使用广义相对论的语言：这束平行光线也是一根“类光测地线”。因为广义相对论使用的数学工具是微分几何学，所以测地线的方程很容易用微分几何的语言写出，因此可以从数学的角度来描述星光在引力场中的运动轨迹。

　　那么，星光偏折又是怎么回事情呢？

　　原来，在广义相对论中，引力场的存在被等价为时空的弯曲，所以，光线在太阳的引力作用下走出来的这条“类光测地线”在空间上看起来就是弯曲的——这非常像一根筷子插在有水的杯子里，在水面附近筷子好像折断了，这是光的折射现象。星光偏折也类似一种光的折射现象。

　　那么，如果物理学家能测量出星光被太阳的引力场偏折了多少，就可以来检验爱因斯坦的广义相对论到底正确不正确了。

　　在日全食下观测星光偏折

　　当时相信爱因斯坦广义相对论的物理学家凤毛麟角，很多人不懂他的理论，因为这个理论对数学要求太高，而且在物理上很反传统。所以，1919年，这个实验刚开始的时候，很多外行物理学家对实验能结果的看法可谓莫衷一是。

　　这个实验应该怎么做呢？

　　我们可以把地球绕太阳的运动看成一个椭圆，那么，某颗恒星与地球的连线交这个椭圆于两个点，我们可以在这两个点上拍摄星星的照片，然后把这两张照片进行对比。（这两点，一个点是地球在太阳与恒星之间，另外一个点是太阳在地球与恒星之间，位置关系是不同的。）

　　当太阳在地球与恒星之间的时候，太阳光线太亮，恒星发的光会被太阳光淹没，根本就测不出来。所以，需要找到日全食的时候，这个时候太阳光不见了，恒星发的光可以在地球上拍照拍出来。

　　为了进行1919年的日全食观测，英国的物理学家们共准备了三架望远镜，包括两架10英寸口径的，一架4英寸口径的备用望远镜。

　　爱丁顿带领的剑桥大学小组在非洲西岸的普林西比岛（Principe）使用一架10英寸的，克罗姆林带领的格林威治天文台小组在巴西的索布拉尔（Sobral）使用另两架。

　　由于云彩的影响，爱丁顿小组获得的数据不多，只有两张可用的底片。而且，因为当地轮船公司即将罢工，他们只好提前离去，所以他们缺乏在当地拍摄的同一高度同一天区的对照底片。最后爱丁顿拍了一张另一天区的照片，然后在英国拍摄对照底片。

　　克罗姆林小组的10英寸望远镜是在夜间对好焦距的。当早晨发生日食时，由于温度已经升高，热胀冷缩导致望远镜对焦不准，因此星象大多不清晰。

　　4英寸望远镜得到的底片效果则比较好。4英寸望远镜底片上共有7颗可用恒星，得到的偏折角是1.98 角秒；爱丁顿小组10英寸望远镜上有5颗可用星，得到的结果是1.61 角秒。这两组数据是当时爱丁顿等人公布的数据，具体数据到底有没有被动手脚，科学史上存在一定的争议。

　　根据广义相对论，远处恒星发出的光线经过大质量的天体如太阳时，由于引力的作用将发生偏折；日全食期间，太阳被遮蔽，这时拍摄的恒星，与平时在夜间拍摄的同一天区的恒星进行比对，会发现星体的位置发生变化。

　　实际测量的时候，不同的恒星偏折角不同。通过数据拟合，给出在太阳边缘处的偏折角。在建立完整的广义相对论后，爱因斯坦计算发现在太阳边缘处星光的偏折角是1.74角秒。

　　所以，爱丁顿等人公布的数据与爱因斯坦计算出来的数据是接近的。这意味这什么？

　　这意味这爱丁顿等人的实验是支持广义相对论的。

地球可能被暗物质“毛发”环绕：根部最密集

美国航空航天局的一项新研究显示，地球可能被密集的“毛发状”暗物质所环绕。

　　新浪科技讯 北京时间11月25日消息，据英国《每日邮报》报道，美国航空航天局的一项新研究显示，地球可能被密集的“毛发状”暗物质所环绕。暗物质是一种看不见的神秘物质，组成了宇宙中大约27%的物质和能量。最新的研究显示，在较大的行星——如地球或火星——周围可能存在着巨大的暗物质纤丝。

　　如果这一说法是真的，那就意味着天文学家很有可能探测到这种神秘的物质形式。我们平时见到的普通物质只占宇宙总物质量的5%，剩余的主要是暗能量，这是一种与宇宙的加速膨胀有关的奇特现象。

　　根据对引力拉力的观测，科学家十分肯定暗物质的存在，并且对宇宙中暗物质的总量进行了测量，估算出暗物质大约占宇宙总物质量的1%多一些。目前最受认可的理论认为，暗物质是“冷”的，这意味着它并不怎么移动，而且不产生光，也不与光发生相互作用，因而也是“暗”的，我们无法看见。

　　根据20世纪90年代的计算工作，以及过去十年中的模拟研究，科学家认为，暗物质会形成速度相同的纤细粒子流，并环绕着星系运转。NASA的研究负责人加里·佩雷扎鲁(Gary Prézeau)说：“一个粒子流可以比太阳系大得多，并且有众多的粒子流在我们的银河系周围纵横交错。”

　　佩雷扎鲁将暗物质粒子流的形成比喻成巧克力与香草冰激淋的混合。将这两种材料搅拌几下，你会得到混合的形态，但依然能分辨出不同的颜色。“在星系形成期间，当引力与冷暗物质发生相互作用的时候，粒子流中的所有粒子会以相同的速度继续运行，”佩雷扎鲁说道。

　　但是，当其中一个粒子流靠近类似地球的行星时会发生什么呢？佩雷扎鲁利用计算机模拟对这一问题进行了研究。

　　他分析发现，当暗物质粒子流穿过一颗行星的时候，暗物质粒子会集中形成一个超级密集的纤丝，又称为暗物质“毛发”。事实上，地球周围应该存在着许多这样的“毛发”。普通物质组成的粒子流并不能穿过地球，但对于暗物质来说，地球并不是障碍。

　　据佩雷扎鲁的模拟，地球引力会使暗物质粒子流形成狭窄、密集的“毛发”。这些“毛发”具有“根部”和“末梢”，其中根部的暗物质粒子密度最高。当暗物质粒子流穿过地球核心的时候，暗物质粒子会集中在“毛发”的根部，其密度会达到平均密度的10亿倍以上。

　　这种“毛发”的根部与地球表面的距离约100万公里，相当于地月距离的两倍。掠过地球表面的暗物质粒子会形成“毛发”的末梢，与地球的距离相当于根部与地球距离的两倍。

　　佩雷扎鲁说：“如果我们能确定这些‘毛发’根部的确切位置，就能把探测器送到那里，获取有关暗物质的大量数据。”根据他的模拟结果，穿过木星核心的暗物质粒子流能形成更加密集的根部，相当于平均粒子流密度的约1万亿倍。

　　NASA喷气动力实验室的首席天文学家查尔斯·劳伦斯(Charles Lawrence)说：“三十多年来，我们一直无法对暗物质进行直接的探测。考虑到暗物质粒子的密集程度，暗物质‘毛发’的根部将是一个很吸引人的观测位置。”

　　这些计算机模拟还给出了另一个令人振奋的发现，即地球内部密度的变化可以通过暗物质“毛发”反映出来。这些“毛发”可能存在“扭结”，能够对地球内部的不同结构产生不同的反应。