參考系拖拽
“澳大利亞研究委員會引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心”的教授馬修·拜爾斯領導的國際天體物理學家團隊展示了令人興奮的新證據(jù)，證明了“參考系拖拽”的存在。
愛因斯坦的廣義相對論預言了處于轉動狀態(tài)的質(zhì)量會對其周圍的時空產(chǎn)生拖拽的現(xiàn)象，這就是所謂的“參考系拖拽”。拜爾斯團隊致力于恒星軌道研究近二十年，他們終于觀察到了天體的旋轉如何扭曲空間和時間。該發(fā)現(xiàn)為愛因斯坦的廣義相對論提供了進一步的證據(jù)，2020年1月31日的《科學》雜志上刊登了這篇報告。
一個多世紀以前，阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)表了他標志性的廣義相對論，即引力是由時空的曲率產(chǎn)生的，而太陽和地球等物體會改變這種幾何形狀。科學儀器的進步已導致與廣義相對論有關的的現(xiàn)象獲得證實，2016年發(fā)現(xiàn)了引力波，去年，第一張黑洞視界照片公布。
大約二十年前，由斯威本科技大學教授貝勒斯引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心負責人領導的團隊開始使用CSIRO Parkes 64米無線電裝置觀測到兩顆恒星自轉望。一顆是白矮星，它的大小相當于地球，但密度比地球大300000倍。另一顆是中子星，直徑只有20公里，大約是地球密度的1000億倍。該系統(tǒng)是一種相對論性奇觀的系統(tǒng)，科學家們將其名為為“PSR J1141-6545”。
一個快速旋轉的中子星和一個白矮星，在其軌道周圍拖動時空結構
大約一百萬年前，在這顆恒星爆炸（成為中子星）之前，它開始膨脹，拋棄掉在附近白矮星上的外核。殘骸的下落使白矮星旋轉的速度越來越快，直到它的自轉一天僅需要以分鐘為單位。
1918年，也就是愛因斯坦發(fā)表其廣義相對論后三年，奧地利數(shù)學家約瑟夫·倫斯和漢斯·特林認識到，如果愛因斯坦是對的話，所有旋轉的物體都應該“拖曳”周圍的時空結構。在日常生活中，這種影響微乎其微，幾乎無法察覺。本世紀初，這種效應的第一個實驗證據(jù)是在繞地球旋轉的陀螺儀中看到的，其方向被拖向地球自旋的方向。像PSR J1141-6545中的那顆一樣，一顆快速旋轉的白矮星將時空拖移了1億倍！
天體的旋轉扭曲了時空
一個脈沖星在軌這樣的白矮星提供了對愛因斯坦的理論研究的獨特機會。
本研究的主要作者，馬克斯·普朗克射電天文學研究所的維夫克·芬卡特拉曼·克里希南博士研究這個系統(tǒng)中所有相互競爭的相對論效應的作用。他觀察到到，除非允許逐漸改變軌道平面的方向，否則廣義相對論毫無意義。
馬克斯·普朗克射電天文學研究所的保羅·弗里爾博士意識到，拖曳整個軌道可以解釋其傾斜的軌道，并且該團隊在論文報告中提供了令人信服的證據(jù)來支持這一點：它證明了廣義相對論的合理性。
克里希南博士表示：“起初，恒星對似乎表現(xiàn)出愛因斯坦理論所預測的許多經(jīng)典效果。然后，我們注意到軌道平面方向的逐漸變化?！?/p>
脈沖星是宇宙鐘。它們的高旋轉穩(wěn)定性意味著其脈沖預期到達時間的任何偏差都可能是由于脈沖星的運動或由于脈沖遇到的電子和磁場而引起的。脈沖星計時是一項強大的技術，在射電望遠鏡上使用原子鐘來估計脈沖星的高精度的到達時間。脈沖星在其軌道上的運動調(diào)節(jié)了到達時間，從而可以對其進行測量。
專家評論：
弗里爾博士博士說：“我們推測，這至少部分是由于所謂的“參考系拖拽”，正如奧地利物理學家約瑟夫·冷澤所預言的那樣，所有物質(zhì)都在旋轉的物體存在下受到約束?！?/p>
奧爾胡斯大學教授托馬斯·塔里斯說：“在一對恒星中，由于隨后從同伴傳來的質(zhì)量轉移，第一顆坍塌的恒星經(jīng)常迅速旋轉?！?/p>
馬克斯·普朗克射電天文學研究所的諾伯特·韋克斯博士表示：“對參考系拖拽的最早確認是在繞地球運行的衛(wèi)星中使用了四個陀螺儀，但在我們的系統(tǒng)中，這種效應要強1億倍?！?/p>
SKA組織的埃文·基恩說：“脈沖星是太空中的超級鐘。強引力場中的超級鐘是愛因斯坦的夢想實驗室。我們一直在研究這種雙星系統(tǒng)中最不尋常的一種。將脈沖星發(fā)出的光的周期性脈沖像時鐘的滴答聲一樣看待，我們可以看到并消除許多引力效應，因為它們改變了軌道構型以及時鐘滴答脈沖的到達時間。在這種情況下，我們第一次在任何恒星系統(tǒng)中都看到了鏡頭相對旋轉進動，這是廣義相對論的預測。”
