科学|特大质量黑洞，爱因斯坦预言再次被证实，直观揭秘全新物理发现
基本上我们所具备的所有关于黑洞的知识只是停留在间接证据层面 。 广义相对论只是预见了黑洞的存在以及物质围绕黑洞的方式 ， 而基于相对论的电脑模拟黑洞和我们所能观测到的旋绕黑洞的吸积盘和被黑洞以近乎光速喷出的巨量物质作比较 。 但在2019年 ， 射电天文学家们在M87星系捕捉到了第一张超大质量黑洞的图像 。 这一发现为我们探索相对论的极限提供了令人兴奋的新方式 。
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发现第一张超大质量黑洞直接图像的事件视界望远镜合作广义相对论是一条早已经过多次科学论证的理论 。 但此理论也并非全无漏洞 。 最主要的是它与另一条科学理论——量子力学——无法相互支持 。 理论物理学家们曾提出了一些针对广义相对论的调整理论 。 这些模型只与爱因斯坦的相对论有少许不同 ， 使之很难论证 。 一篇新刊登在物理评论快报上的文章揭示了对于M87星系的黑洞观测如何帮助我们了解这些替代理论 。
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NicolleR.Fuller/NSF指出当黑洞被热气云环绕时 ， 光被黑洞的引力弯曲折射出黑洞的影子 。 射电光被黑洞的引力弯曲折射出我们看到M87星系中模糊的光环 。 这基本上就是黑洞光亮旋转的边缘 。 广义相对论预示的影子的范围从黑洞团到围绕黑洞旋转环装的明暗交替区域 。 而广义相对论的替换理论对于影子的范围和物质环的形状稍有不同 。 所以团队观测研究了M87星系以便找出合适的替换理论 。
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任何对于广义相对论的调整都会对在黑洞极端引力环境下的引力的作用得出不同的结论 。 有些理论出入更大 。 团队发现通过观测M87星系并未给这些调整理论多少调整的余地 。 TheLIGOandVirgo引力波观测站确认了广义相对论所论证的黑洞的大小可以达到150个太阳的质量 。
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这项新的研究在原有的基础上改进了500倍 。 这意味着如果另一种理论是正确的 ， 它的区别只会存在于极强引力区 ， 这些区域的引力甚至比大部分黑洞附近的引力更强 。
不久 ， 天文学家就会公开这个存在于银河系中的特大质量黑洞的直观图片 。 这些图片会进一步减少不确定性 ， 甚至可以揭开这个让爱因斯坦都无法想象的物理学领域的神秘面纱 。
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广义相对论是爱因斯坦于1915年发表的一种引力几何理论（ ， 也是目前现代物理学中对引力的描述）（与后面内容重复） 。 广义相对论不仅概括了狭义相对论、完善了牛顿的万有引力定律 ， 还提供了对引力的统一描述 ， 即引力是空间和时间或者四维空间的几何属性 。 特别地 ， 广义相对论说明了时空曲率与能量和动量直接相关 ， 这些能力和动量可以来自任何存在的物体或辐射 ， 爱因斯坦场方程就是揭示了这一关系的偏微分方程 。
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广义相对论的某些预测与经典物理学的预测有很大不同 ， 特别是关于时间的流逝、空间的几何形状、自由落体的运动以及光的传播 。 具体例子包括引力时间膨胀、引力透镜、光的引力红移、引力时间延迟和黑洞的奇点 。 迄今为止 ， 所有观测和实验都证实了广义相对论中涉及经典物理学的预测 。 尽管广义相对论不是唯一的相对论引力论 ， 但它是符合实验数据的最简理论 。 不过 ， 仍有“如何使广义相对论与量子物理学定律相一致 ， 以产生一个完整且自洽的量子引力理论”这样基本的问题待解决 。
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