愛因斯坦的預言再一次被證實，黑洞附近恆星的詭異運動給出證據

2023-04-01 05:51:55 6

我們幾乎習慣了愛因斯坦的預言被證實的事實。通過廣義相對論，愛因斯坦向世界展示了許多驚人的理論，但卻推遲了它們的證明。直到100多年後的今天，人們仍然需要證明這一點。

廣義相對論首次被證明可以解釋水星進動。水星進動是指水星公轉的實際軌跡與牛頓定律計算的理論軌跡不一致的現象。這個難題困擾了科學家幾十年。人們甚至不得不提到水星內部有行星的假設，但這些假設都不是真的。知道愛因斯坦提出了廣義相對論，天文學家用這個理論來計算水星的軌道完全符合現實，最終解決了這個難題，也證實了廣義相對論的正確性。

最近，經過27年的觀察，天文學家再次發現證據，證明銀河系中心的廣義相對論，這再次使我們相信愛因斯坦的智慧。

提到這一次來證實廣義相對論，我們必須提到一個人——卡爾·史瓦西。史瓦西是德國物理學家。他對愛因斯坦的廣義相對論進行了詳細的分析，並推出了許多理論，這些都是證明廣義相對論的重要證據。例如，史瓦西從愛因斯坦場方程得到的真空解推斷出黑洞。

除了黑洞，史瓦西還推導出了引力場中極小粒子的軌跡，這被稱為史瓦西進動。後來，人們發現這種現象不僅可以用來研究微觀粒子。只要引力場足夠強，並且其中一個天體的質量可以忽略不計，它就符合這一現象，比如太陽系中的行星或超大質量黑洞旁邊的恆星。

這一次，銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A*和附近的恆星S2證明了這一理論。

克卜勒高中物理三定律中的第一個告訴我們，行星以橢圓軌道圍繞太陽旋轉，太陽是焦點之一。這條定律不僅適用於太陽系，也適用於宇宙中的許多天體。然而，在史瓦西描述的條件下(質量可以忽略不計的天體位於強大的引力場中)，這些天體將在奇怪的軌道上旋轉。

例如，恆星S2圍繞質量是太陽400倍的超大質量黑洞人馬座A*旋轉，這與這個系統是一致的。因此，科學家推測，根據從廣義相對論導出的史瓦西進動理論，恆星將在花瓣狀軌道上圍繞黑洞運行。

經過27年的連續觀察，科學家們確實發現了這個螺旋軌跡，愛因斯坦的理論再次得到了證實。

這是人類首次探測到超大質量黑洞周圍的史瓦西進動，這表明即使在最極端的重力環境下，恆星的運動軌跡也與愛因斯坦的理論一致。從水星到恆星，從太陽到超大質量黑洞，它們的運動定律都在愛因斯坦的廣義相對論中。

德國馬克斯·普朗克天文研究所的天體物理學家、重力合作小組成員萊因哈特·根澤爾解釋道:「愛因斯坦的廣義相對論預言，一個天體圍繞另一個天體的軌道並不像牛頓定律那樣封閉，而是在運動平面上向前運動。這一現象首先在水星軌道上得到證實。一百年後，我們在銀河系中心的人馬座A*附近發現了同樣的效應。」

(水星進動圖)

據報導，S2距離人馬座A*約17光年，約200億公裡，是海王星軌道的四倍。距離太陽200億公裡的黑洞概念完全不同。黑洞的可怕引力會產生更強的向心力，試圖把S2吞進肚子裡。然而，S2能夠保護自己的完整性，因為驚人的轉速所提供的離心力是平衡的。觀測結果表明，S的旋轉速度達到了光速的3%，即每秒9000公裡。革命時期只有16年，這是相當驚人的。因此，S2可以與這個極度危險的地獄邊緣隔離開來。

這種在「刀刃」上行走的天體無疑是天文學家的一個極好的觀察對象。因此，從1992年到2019年底，GRANCE團隊開始觀察它。

這不是S2第一次證明廣義相對論。2018年，S2移動到人馬座A*附近，導致極端的光線變化，證明了另一個廣義相對論的預測。這一次，天文學家的330次觀測再次鞏固了廣義相對論的地位。