重力理論將指導(dǎo)科學(xué)界新方向？
廣義相對(duì)論的新應(yīng)用
在未來的幾六年里，完成由愛因斯坦所最先提出，但仍然未盡的理論可能會(huì)成為很長(zhǎng)一段時(shí)間里科學(xué)界最重要的事情。
即使世界上只有少部份人就能充分理解廣義相對(duì)論，但它仍給以了愛因斯坦聞名全球的名聲以及來自Time刊物“本世紀(jì)最具影響力人物之一”的贊譽(yù)。上周在舊金山召開的弦大會(huì)上，來自化學(xué)界的權(quán)威學(xué)者們一起出席了一個(gè)特殊環(huán)節(jié)，慶賀偉大的重力理論提出一百華誕。
一個(gè)科學(xué)家在大會(huì)上對(duì)一個(gè)理論化學(xué)學(xué)家能成為“本世紀(jì)最具影響力人物”感到自豪。就在化學(xué)學(xué)家們慶祝愛因斯坦的這個(gè)偉大成就的同時(shí)，她們也在努力突破這項(xiàng)理論，測(cè)試它的極限，并將其延展并替換以期應(yīng)用到新的領(lǐng)域去。
在首相莫迪面前擺著的諸多提議之間著名天體物理學(xué)家，有一項(xiàng)100億盧比的議案，要求完善激光干涉引力波觀測(cè)臺(tái)（LIGO），一個(gè)非常復(fù)雜的用于偵察愛因斯坦理論中預(yù)測(cè)存在的引力波的設(shè)備。
美國的LIGO將成為全球引力波偵測(cè)網(wǎng)中的一部份，并在一定時(shí)侯作為宇宙觀測(cè)的新窗口。個(gè)別化學(xué)學(xué)家覺得，雖然引力波的存在早已被否認(rèn)，但對(duì)其直接的觀察依然才能對(duì)現(xiàn)有的化學(xué)理論形成重大影響。
幾個(gè)月以后，在日本的兩個(gè)升級(jí)版LIGO將會(huì)步入其第一次觀察期?！拔覀兊拿舾卸缺仁兰o(jì)處六年的時(shí)侯高得多。”雪城學(xué)院引力波小組的數(shù)學(xué)學(xué)院士Peter說。
LIGO實(shí)驗(yàn)將常年進(jìn)行下去。同時(shí)，兩個(gè)天文臺(tái)在亞洲正在更新中，它們將加入早已升級(jí)了的LIGO（也被叫做高新激光干涉儀引力波天文臺(tái)）一起參與對(duì)引力波的偵測(cè)。亞洲科學(xué)家們?cè)谟?jì)劃未來更宏偉的目標(biāo)。
法國空間局在研制一個(gè)計(jì)劃于2020年發(fā)射的偵測(cè)器。這個(gè)叫“歐幾里得”的偵測(cè)器將描繪出黑暗宇宙的結(jié)構(gòu)，一個(gè)我們只知存在但未能觀測(cè)的部份。實(shí)際上，我們?nèi)缃窨梢杂^測(cè)到的也僅僅是4%的宇宙。
當(dāng)這種實(shí)驗(yàn)將最大限度地測(cè)試廣義相對(duì)論的同時(shí)，理論學(xué)家們也在嘗試對(duì)愛因斯坦的理論進(jìn)行延展或更改便于將其應(yīng)用于看似不相關(guān)的領(lǐng)域。其中一個(gè)獨(dú)特的領(lǐng)域便是黑洞，這個(gè)理論所預(yù)言存在的崩塌的超大質(zhì)量星。愛因斯坦的理論將與那些星體一起崩塌，由于理論本身提出了一個(gè)擁有無限密度的奇點(diǎn)的可能性。
奇點(diǎn)背后的物理并不復(fù)雜，但沒有人曉得它化學(xué)上的意義。化學(xué)學(xué)家們對(duì)于在特定時(shí)間一個(gè)物體撞向星體表面會(huì)發(fā)生哪些是難以給出一個(gè)精確的預(yù)測(cè)的。但有了愛因斯坦的引力理論，這都將不是問題。
“經(jīng)典的引力理論遭到奇點(diǎn)問題，”印度理工大學(xué)科西嘉斯分銷的數(shù)學(xué)系副院長(zhǎng)L說，“它須要通過量子引力理論被解決。”
現(xiàn)代數(shù)學(xué)的支柱
在愛因斯坦發(fā)表廣義理論的三年后，他引進(jìn)了一個(gè)如今被稱為宇宙學(xué)常數(shù)的東西，調(diào)整了他的公式。這樣一來，他便可以使宇宙在引力的牽引之下保持穩(wěn)定。在哪個(gè)時(shí)侯來，科學(xué)家們覺得宇宙是穩(wěn)定的。后來，我們發(fā)覺它似乎仍然在膨脹，但是愛因斯坦將宇宙學(xué)常數(shù)稱為他的最大錯(cuò)誤。
近來，宇宙學(xué)常數(shù)又由于神秘的暗能量在空間中理應(yīng)是將星體越來越快地分開的問題而再次被提到。沒人曉得為何。目前，解決這個(gè)問題是整個(gè)科學(xué)界最大的努力方向。
更大的問題是愛因斯坦的引力理論與量子熱學(xué)（現(xiàn)代數(shù)學(xué)中的另一個(gè)描述小規(guī)模物質(zhì)的理論支柱）的統(tǒng)一。量子熱學(xué)在解釋物質(zhì)的行為上非常成功，也被驗(yàn)證了無數(shù)次。并且，廣義相對(duì)論與量子熱學(xué)卻是相互矛盾的。
二者可能都是一個(gè)仍未被研究下來的更為廣義的理論的一部份。數(shù)學(xué)家們覺得引力理論與量子熱學(xué)的統(tǒng)一是理論化學(xué)界最大的困局。那些是重要的問題，但是她們的解決方式將會(huì)更新我們對(duì)宇宙的認(rèn)知，如同愛因斯坦在撰寫他的理論的時(shí)侯一樣。
當(dāng)他開始研究廣義相對(duì)論的時(shí)侯，愛因斯坦早已用一些重要發(fā)覺改變了數(shù)學(xué)界的進(jìn)程。在1905年，他發(fā)覺了知名的E=MC2多項(xiàng)式。他撰寫了狹義相對(duì)論，一個(gè)關(guān)于時(shí)間與空間關(guān)系的理論。愛因斯坦解釋了布朗運(yùn)動(dòng)（物質(zhì)在液體表面的蠕動(dòng)），因而證明了原子和分子的存在。他發(fā)覺了光電效應(yīng)，并且借此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。
但更繁重的任務(wù)還在前頭。早在愛因斯坦之前兩個(gè)世紀(jì)，艾薩克牛頓作出了一個(gè)驚人的突破。他發(fā)覺落下的蘋果和轉(zhuǎn)動(dòng)的星球是由同一原理指導(dǎo)的，也就是我們現(xiàn)今所熟知的平方正比引力公式。
牛頓才能估算兩個(gè)分開物體之間的力，但他未能解釋這個(gè)力是怎樣跨越距離形成的。在他1905年的忽然出版后，愛因斯坦開始研究重力。他還是一個(gè)默默無聞的專利事務(wù)員，只在課余時(shí)間研究數(shù)學(xué)。
接出來六年著名天體物理學(xué)家，愛因斯坦撰寫了一個(gè)沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，純粹由公式推論下來的最復(fù)雜最美麗科學(xué)理論之一?！凹词顾鼪]有應(yīng)用的意義，”T,一個(gè)來自浦那的因特學(xué)院天文與天體化學(xué)中心的院長(zhǎng)說，“廣義相對(duì)論可以說是仍然以來最集大成的智慧結(jié)晶之一。”
但事實(shí)上這個(gè)理論有它自己的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。我們的全球定位系統(tǒng)（GPS）離開了愛因斯坦的理論將難以運(yùn)行。沒有廣義相對(duì)論，我們也不能否了解宇宙深處。廣義相對(duì)論的作用遠(yuǎn)比愛因斯坦當(dāng)時(shí)覺得的大得多。
愛因斯坦的看法是引力是空間與時(shí)間的一個(gè)特點(diǎn)，也就是他自己所統(tǒng)一的兩個(gè)存在。一個(gè)物體無論在宇宙何處都將扭曲其周圍的時(shí)空。物質(zhì)越大，扭曲越嚴(yán)重。這個(gè)扭曲將使其他物質(zhì)向第一個(gè)物體靠攏，如同一個(gè)擺在圓碗邊沿的物感受向碗中心劃去一樣。由于星球仍然在運(yùn)動(dòng)，所以她們會(huì)持續(xù)性的向中間靠攏，在一個(gè)近圓軌跡里滑行，如同一個(gè)摩托車手在網(wǎng)格圓球里一樣。
在這個(gè)理論里，引力并不是一種力，而是時(shí)空的一個(gè)特點(diǎn)。愛因斯坦的理論給出了一些仍待證明的預(yù)測(cè)。在1919年，當(dāng)日文學(xué)家用日食驗(yàn)證了星光的彎曲與愛因斯坦的猜想相符，他立即成為了一位世界名人
宇宙的擴(kuò)張
幾年來，他的理論在數(shù)學(xué)學(xué)的進(jìn)程上有著重大影響，其中一個(gè)便是宇宙學(xué)的促使。“在愛因斯坦之前，宇宙學(xué)只在宗教與哲學(xué)中被討論，”位于圣塔巴巴拉卡弗里理論化學(xué)研究所的院士及前校長(zhǎng)DavidGross說，“在愛因斯坦后，它便成為了化學(xué)學(xué)的討論范圍。”
1929年，埃德溫哈勃發(fā)覺宇宙正在擴(kuò)張，這被覺得是歷史上最偉大的科學(xué)發(fā)覺之一。假如更有勇氣一些的話，愛因斯坦可能早就早已從他自己的理論中推論下來了?！皭垡蛩固古R陣膽怯了，”說，“但是廣義相對(duì)論自身就有著預(yù)測(cè)宇宙擴(kuò)張的能力?！倍兰o(jì)末，科學(xué)家們有了另一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：宇宙的膨脹正在加速。星體在以更快的速率分離，而且有三天將會(huì)由于飛離太快而造成所有物質(zhì)被撕碎。
世界各地都在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，想曉得是哪些造成了膨脹。歐幾里得偵測(cè)器會(huì)從遠(yuǎn)距星體地?cái)噥y中嘗試預(yù)測(cè)暗能量和同樣神秘的暗物質(zhì)。它也會(huì)從成團(tuán)浮動(dòng)的星體中找尋暗能量和宇宙學(xué)常數(shù)相線索。找尋引力波又是另一個(gè)考驗(yàn)了。找尋引力波自身可能并不會(huì)帶來驚喜，但測(cè)量到的變化可能會(huì)給出宇宙新秩序相線索。
引力，與引力波相關(guān)的的粒子，并不應(yīng)當(dāng)有質(zhì)量。那萬一她們被發(fā)覺是有質(zhì)量的，如同之前的無法察覺的中微子一樣呢？這項(xiàng)發(fā)覺表明中微子似乎是有質(zhì)量的打開了粒子化學(xué)學(xué)的新紀(jì)元，由于以前它被覺得是不能有質(zhì)量的?！岸ㄆ跈z測(cè)引力波可能會(huì)在數(shù)據(jù)里詮釋出前后不一因而進(jìn)行廣義相對(duì)論的調(diào)整。”BalaLyer,坐落渥太華的國際理論化學(xué)中心的院長(zhǎng)說到。
在未來的幾六年，完成愛因斯坦所開始而未盡的事情很長(zhǎng)一段時(shí)間就會(huì)是科學(xué)界最重要的任務(wù)。愛因斯坦自己也期盼著他的未盡事業(yè)就能像這樣發(fā)展。“愛因斯坦覺得自己的理論是一個(gè)墊腳石，”DavidGross說，“他不覺得這是永恒的。”任何一個(gè)發(fā)覺了能承接愛因斯坦理論的新理論的人都有可能顯得跟愛因斯坦一樣知名。
BY:Hari
FY:曦
