人們質疑了愛因斯坦一百年，引力波終於讓他們閉嘴了

科學家們探測到了由兩個黑洞碰撞後產生的引力波。這兩個黑洞在碰撞時釋放的能量比整個宇宙其它能量之和還大。

繪圖：SXS COLLABORATION

框哥說：「經過近一個世紀後，一個難解的宇宙爭論終於結束了！科學家們已經證實探測到了引力波！引力波是愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的"拼圖』。愛因斯坦被視為天才，但在他所屬的時代卻未被如此看待，他遭受了那個時代的抗議、誹謗和詆毀。然而，在過去的100年里，研究卻反覆證明愛因斯坦是正確的。」（文章來自微信號：NationalGeographicCN）

撰文：Michael Greshko

2月11日，加州理工學院、麻省理工學院以及「激光干涉引力波天文台」的研究人員當天在華盛頓舉行記者會，宣布他們探測到引力波的存在。引力波是愛因斯坦廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的「拼圖」。

兩個巨大的黑洞在經歷了漫長的繞轉後，通過引力波輻射能量，越轉越近，越轉越快。最終，猛地撞到一起，兩個分別為29倍太陽質量與36倍太陽質量的黑洞消亡了，新生了一個62倍太陽質量的黑洞，並釋放了3個太陽質量的引力波。

兩個分別為太陽質量29倍和36倍的黑洞相互盤旋，最終碰撞，產生引力波。

　　在黑洞碰撞前的最後一秒，他們釋放的能量是宇宙中其它所有星系釋放總和的50倍。

　　100年來，相對論關於物質、時間和空間如何運轉的怪異預測一再被證明是正確的。

　　如今，愛因斯坦被視為天才，但在他所屬的時代卻未被如此看待。他首次提出相對論的觀點時，一些學者對他提出了抗議，還有些人通過媒體誹謗他，不僅抨擊他危險的觀點，還詆毀他猶太人的身份。

計算機模擬表明引力波由兩個巨大的黑洞彼此繞轉而產生。

繪圖：C. HENZE, 美國宇航局

　　他的爆炸性研究成果甚至動搖了傳統物理學的根基。在愛因斯坦的理論觀點中，除了光在真空中總是保持著3億米/秒的速度，其它物質的速度和位置是可以任意變化的。時間和空間攪合在一起形成一個四維的時空，物質可在其中拉伸和彎曲。移動的物質必須遵循時空的曲線，也就是我們所體驗到的重力。

　　聽起來像是一派胡言。

　　然而，在過去的100年里，研究反覆證明愛因斯坦是正確的。他被證明是正確的次數太多了，以下是一些令人印象深刻的案例。

1931年1月，物理學家阿爾伯特·愛因斯坦（左）訪問加州的威爾遜山天文台。愛因斯坦關於時間、空間和物質的觀點影響了上個世紀的物理學和天文學。

攝影：時代與生活圖片社，曼賽爾圖片社/生活照片集/蓋蒂圖片社

　　光是波，同時還是粒子

　　愛因斯坦最為人所知的是相對論，然而讓他獲得唯一諾貝爾獎的則是關於光的革命性理論。經典物理學認為光是一種波，不過這種理論無法解釋金屬被光照射時為何以及如何發射電子——一種被稱為光電效應的現象。

　　愛因斯坦認為，光實際上是由獨立的光子組成，每一個光子都有與其頻率相關的能量。今天的量子物理學就是受到這一發現的啟發而創立的。量子物理學也認為原子可能具有異常的波動性，這也是在愛因斯坦的幫助下發現的。

　　時空能夠彎曲

　　愛因斯坦成功解釋了水星軌道出現的神秘擺動，由此迎來了廣義相對論的首次重大勝利。1859年，傑出的法國天文學家奧本·勒維耶認為之所以出現這種現象，是因為水星軌道中有一個未曾發現的行星祝融星，這顆行星對水星的牽引使其運動軌跡發生了偏移。不過，經過多年的研究，研究者依舊未發現祝融星存在的確切證據。

　　令愛因斯坦興奮的是，他的廣義相對論證明太陽使附近的時空發生了彎曲，就像一個保齡球把一塊草皮拉伸成一個蹦床一樣，由此否定了祝融星的存在。由於水星距離太陽很近，水星附近的時空就受到太陽的彎曲，其擺動的軌道就是彎曲後的最短路徑。實際上並沒有額外的行星存在：只是宇宙中存在一個牛頓未曾構想的幾何結構。

激光干涉引力波觀測站（LIGO）的探測員使用激光和精確對準的反光鏡去探測引力波產生的微小運動。

攝影：加州理工學院/麻省理工學院/激光干涉引力波觀測站

　　時空可能像透鏡一樣對光線進行彎曲

　　1919年5月，在一次全日食中，愛因斯坦再次被證明是正確的。根據相對論，太陽彎曲的時空會像透鏡一樣對進入的星光進行彎曲。

　　英國天文學家Arthur Eddington拍到了這次日蝕的大量照片，發現太陽似乎拉伸了畢宿星團，使單個星星的光線彎曲了近1/2000度，與愛因斯坦的預測一致，而根據牛頓物理學的預測彎曲角度應為觀測到的兩倍。

　　即便是愛因斯坦也未預料到這一現象會對天文學家有多大幫助：通過將星系作為巨型透鏡，天文學家可以對宇宙的早期狀態進行研究。此外，當天文學家觀測到可見的物質導致的透鏡現象時，這一扭曲現象可幫助他們繪製廣闊的暗物質場。

　　旋轉的物質會像糖漿一樣拖拽時空

　　物質不僅會彎曲時空，像地球這樣的旋轉物質還會對周圍的時空產生拖拽，就像糖漿中旋轉的勺子一樣。這會對附近衛星的軌道產生影響，也就是被稱為慣性系拖曳效應的怪異效應。

　　根據廣義相對論，愛因斯坦於1918年預測了慣性系拖曳效應，但直到2004年，研究者發現地球的旋轉使兩個衛星的軌道發生些微的偏移，這一效應才被首次證實。2011年，美國宇航局的重力探測器B再次確認了這一發現。

本圖由美國宇航局艾姆斯研究中心的哥倫比亞超級計算機繪製。

繪圖：美國宇航局

　　重力可使時間變慢

　　愛因斯坦的方程式還賦予了物質使時間加速或減慢以及改變光線顏色的能力。

　　普通人就能發現這一怪異的預測是正確的，因為來自遙遠星星的光線在地球上看要比在太空中看起來更藍，也就是光的頻率更大。我們距離地球的引力井越遠，來自地球的光線看起來頻率就會越小，這一現象被稱為重力紅移。

　　雖然很微小，但如果沒有相對論校正，GPS衛星上的鐘錶每天將會比地球表面的鐘錶快38微秒，兩分鐘後就會破壞GPS的準確性，每天還會增加10公里的誤差。