【“超越爱因斯坦”】 爱因斯坦发明了什么
时间：2020-02-15 07:30:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
20年之内，广义相对论的很多预言是否正确将得到验证，同时，现代天文学和宇宙学也将翻开新的一页。 大多数物理学家相信爱因斯坦的理论将继续延续其生命，并且会被新的数据加强其地位。但现在，在他的“不可思议之年”过去一个世纪后，全球各地的物理学家策划了一个野心勃勃、花费数十亿美元的计划来挑战爱因斯坦的广义相对论。
狭义和广义相对论做了很多预言，其中有一些已经得到了很好的验证，比如它预言光线在引力作用下将产生弯折，这在1919年就由当时任英国皇家天文学会会长的爱丁顿等人在一场日食发生时得到了验证；预言运动的物体质量变大，这在解释水星进动的过程中就得到了验证；预言在高速运行的物体上时间将变慢，这也借助于测量高速运行的放射性元素的半衰期而得到了验证。但还有一些预言，比如引力有质量、存在引力波、黑洞的存在，等等，还没有得到很好的验证。
由多艘太空船组成的舰队在接下来的20年中将直接检验相对论中一些最具戏剧性的推论：时空结构的波状起伏(引力波)是否真的存在；空间中是否真的有黑洞存在在那里引力如此强大，光都无法逃脱；它们还要寻找宇宙大爆炸和新近发现的“暗能量”在遥远的早期宇宙里留下的烙印。
寻找引力波
NASA的“超越爱因斯坦”计划将两个现存的项目“激光干涉计安特娜空间计划”(LISA)和“星群-X计划”(Constellation-X)绑在了一起。它预想了一系列设计，用来对爱因斯坦所提出的一些最基本问题进行新的探索，研究黑洞并回顾宇宙大爆炸。
2003年2月，该计划闪亮登场后，赢得了美国议会的支持以及NASA为2004年要求的预算中的5900万美元。对于一个在最初五年预估成本为7亿6500万美元的计划而言，这是一个幸运的开始。
LISA由三艘太空船组成，它们将编队飞行――分别处在大约500万公里宽的三角形顶点上，由激光束连接共同行动的指令。当引力波经过时，时空将被伸展或压扁到足够的程度，并改变这三个人造卫星的相对位置，这个改变是以毫米为分数来计算的。LISA将能够看到在地球天文台上看不到的引力波，部分是因为人造卫星之间广阔的距离使它更加灵敏。
“如果能看到一个实质上的信号，成功的机会就比较大。”位于科罗拉多的联合天体物理学实验研究所的引力物理学家Peter Bender说，LISA应该能够搜集到从各种各样的“能量事件”(星系中心的大型黑洞合并、超新星爆发等)中发出的引力波。
观察黑洞和暗能量
检测到从这些事件中发出的波将不仅仅证实爱因斯坦预言的引力波是真实存在的，而且也将告诉天体物理学家黑洞的性质和星系的形成过程。天文学家认为，小的星系合并成大的星系，在小星系结合过程中，其中心的黑洞也结合。因此通过聆听黑洞碰撞时引发的波，科学家也能够直接验证星系如何诞生的观点。黑洞是无法直接观察的，Constellation-X将通过观察高能粒子来观察黑洞。接近黑洞的物质非常热，放射出X光射线；当一大块物质掉入，黑洞巨大的引力场将把那些X光射线的波长扯长。“你可以看到(一个黑洞的X光发射)随着时间而改变。”哈佛-史密斯索尼恩天体物理学中心的天体物理学家Michael Garcia说，“你能观察到它从光谱的蓝端移动到红端。”借助于观察这些变化，探测器能帮助物理学家在黑洞的边缘绘制时空。
“超越爱因斯坦”计划还包括三个探测器来作为那两个大型天文台的补充。
“暴涨探测器”将通过测量充满了宇宙的微波背景辐射，来探测在宇宙大爆炸那一刻释放出来的引力波。“黑洞发现者探测器”将搜索更大部分的天空，来寻找黑洞的线索，这将帮助科学家为Constellation-X挑选目标。“暗能量探测器”，将通过观察超新星，使天体物理学家靠导向目标追踪暗能量的属性，这种神秘的能量是一种引起宇宙加速膨胀的反引力力量。
抱歉，爱因斯坦！
但负责“超越爱因斯坦”计划的这个舰队什么时候将被发射现在成了一个问题。2004年初，NASA在这个项目上突然刹车。当布什总统2004年1月宣布，NASA将集中精力在机器人和对月球、火星的探索上之后，“超越爱因斯坦”计划因为和这一目标不吻合，开始变得步履蹒跚。布什政府削减了这一计划的部分预算，这个计划的很多部分坐了冷板凳。
“我真诚地希望‘超越爱因斯坦’计划能够存活下来。”Garcia说，“我想它已经遭受了打击。”很不幸，爱因斯坦的麻烦也许是：他已不再是NASA宇宙研究的重要部分了。
2004年8月，NASA和欧航局(ESA)一致同意一起来完成组成LISA的两个独立任务，各方总投入多达10亿美元。但是这些技术无与伦比的复杂性已经造成了成本超额，使计划耽搁。两个最困难的工程挑战将是：LISA人造卫星的内脏必须保持在大约以毫微米(10亿分之1米)计算的正确的轨道上；必须保证像太阳光和宇宙飞船本身的电子系统这样的干扰不会影响到测量。
不过天文学家仍然有信心，认为“超越爱因斯坦”计划将最终得胜。“明智者将看到这些项目提供了一扇崭新的宇宙之窗。”他们说，“‘超越爱因斯坦’不会消失。这个计划有足够的科学威望，必须被执行，尽管它也许会比预期的要缓慢些。”
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