证明爱因斯坦的“凭空理论” (图)

http://www.sina.com.cn 2005年01月25日16:21 新民晚报

——美科学家用最前沿科技寻找重力波

　　100年前，年仅26岁的爱因斯坦的论文彻底改变了人们对宇宙的认识。这位物理天才“凭空”想象出的理论是如此超越时代，以致直到今天，研究者仍在利用最前沿的科学和技术，努力证明那些尚未被证明的爱因斯坦理论。

　　在美国路易斯安那州马什兰和华盛顿州佛瑞斯兰各有一台体型巨大的测试仪，科学家正在进行一项名为“LIGO”的科研项目，计划寻找宇宙中最微弱、最罕见的信号——重力波，以证明爱因斯坦多年前的“预测”。

　　LIGO项目上马

　　根据爱因斯坦的《广义相对论》，任何物体处在加速状态时都会发出重力波。不过由于信号微弱，只有体积巨大的物体，如两个中子星或黑洞碰撞产生的重力波才可以被探测到。“爱因斯坦仅通过想象得出理论，这实在太神奇了。”美国加利福尼亚技术研究所科学家沙万说，“这是他的理论中最难证明的部分之一，因为我们试图发现的波动令人难以置信的微弱。”

　　科学家通过如下方法测试重力波：分别在测试仪两个相同长度直形管道的一头向另一头发射一道光束，光束到达管道顶端的镜子后反射回来，回到出发点时又被镜子反射回去。如此往返100次，如果没有宇宙重力波，两束光线就会同时回到出发点。如果重力波影响到地球表面，光线返回的时间就会有微小差异。

　　等待研究进展

　　沙万和其他科学家还没有得到重力波存在的直接证据，但他们相信爱因斯坦所说的这种波真实存在，要证明只是时间问题。

　　科学家目前面临的主要问题是，尽管设备已相当精确，但仍无法保证光束不受其他外界因素影响。为最大限度降低地球引力对试验产生的影响，LIGO项目的工程师试图安装一个反馈式控制系统。同时，为防止光线因激光产生的温度而改变路径，他们一直在调整测试仪中的镜面。

　　预计到2013年，LIGO项目将可以检测宇宙中更遥远地方传向地球的重力波。“通过改进，我们将可以检测到比现在距离远10倍的物体。”沙万说，“到那时，我们就拥有更好的条件取得进展。否则，我们还将为获得突破等待10至100年。”

　　除美国外，意大利、日本以及德国也投入巨大人力和物力，试图证明爱因斯坦的这个理论。美国普林斯顿大学两名科学家因论证两个螺旋中子星的加速符合爱因斯坦相对论和重力波理论，而赢得1993年诺贝尔奖。

　　“他们研究这一课题20余年，（两个中子星）轨道的变化完全符合广义相对论。”沙万说，“这是有力的证明，可惜不是直接证据。”

　　理论并不完美

　　也有一些科研小组在宇宙中展开搜索，试图证明爱因斯坦的理论并非完美。

　　《广义相对论》无法完全和物理学中另一大理论量子论相容，因此，科学家现在要寻找一个“统一场论”，爱因斯坦生命中的最后30年便致力于此。

　　萨拉蒙是参与美国国家航空航天局“重力研究B计划”的物理学家，该计划参与人员已向地球太空轨道发射4颗陀螺仪，测量宇宙中运转的物体是否会像爱因斯坦预测的那样影响宇宙的构成——时空。

　　参与该计划的科学家去年秋天宣布，陀螺仪测得的数据已证明，爱因斯坦关于宇宙物体吞噬时间的预测无误，但越来越多的数据表明，还有一些东西爱因斯坦没能预测到。

　　“爱因斯坦关于重力的理论并不完整。”萨拉蒙说，“我们相信存在与爱因斯坦理论不同的东西，我们的任务就是找到这些不同点。”

　　不过，萨拉蒙也强调，即使找到解释宇宙的新证据，爱因斯坦的理论仍将在未来发挥重要作用。“无论我们再得出什么理论，它都将包含爱因斯坦的想法，这一点毫无疑问。”

　　叶平凡（新华社供本报特稿）

　　LIGO计划的相关仪器