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Image credit: ESO, ESA/Hubble, NASA

科學家在「星系級」的尺度上,確認了相對論的正確性

新的觀測結果達到了前所未有的精度。

Andy Yang
2018 年 6 月 25 日, 下午 03:01
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ESO, ESA/Hubble, NASA

愛因斯坦的廣義相對論在地球與太陽系近鄰的尺度上,已經多次被驗證了正確性 -- 事實上,若不是因為對相對性的修正,像是 GPS 之類的服務是根本無法運作的。然而,我們都知道科學理論常常會在最大或最小的尺度上失效,像是牛頓力學在一般日常生活的環境下有著足多高的準確性,但當速度接近光速時就不夠用了。

科學家對於相對論在極大的空間及時間尺度上是否會產生偏差也有疑慮,因此近來不停地在尋找方式做驗證。最近一組由哈伯太空望遠鏡與地面的 VLT 望遠鏡的合作,便結合了兩者的影像,分析一對從我們的角度看過去是重疊在一起的星系。擋在前方的星系依相對論會產生出「重力透鏡」的效果,讓後方的星系以極為扭曲的樣貌投射在前方星系的邊緣。

科學家透過前方星系邊緣星體的公轉速度,可以算出該星系的大略質量,以此推算出後面星系折射程度的理論值。與觀測實際結果做比較,兩者是相吻合的,誤差值大約在 9% 之內 -- 雖然說 9% 看起來還是很高,但已經是現有技術的極限了。更重要的是,觀測結果與預測值相仿,如果兩者出現不同調的情況,樂觀的說,這意味著描述宇宙大尺度的物理學要大幅改寫(而且絕對會有人拿諾貝爾獎);悲觀的說,則是我們對宇宙的了解還太膚淺,相對論有可能像牛頓力學一樣只是一種未知所產生的「假象」,理論物理學家們要能拼湊出一種既兼容廣義相對論,又能解釋新的觀測數據的理論,這可是超麻煩的啊!幸好愛老這輪又勝出了。

接下來研究學者們將繼續用類似的方法搭配更精確的數據,尋求更進一步壓低誤差值。