最新硏究指出愛因斯坦的廣義相對論雖然受到質疑但仍然成立

美國加州大學洛杉磯分校（UCLA）物理學和天文學女教授安德莉亞·吉茲（Andrea Ghez）為首的研究小組在7月25日發表報告，指出光在黑洞強大重力下的行為，愛因斯坦的廣義相對論仍然成立。

吉茲的團隊觀察一顆稱為S0-2的恆星，在銀河系中心超大質量黑洞周圍的立體空間中走完一個完整軌道的情況。S0-2走完整個軌道需要十六年，而該黑洞的質量大約是太陽的四百萬倍。硏究團隊選擇S0-2有數個原因，它是黑洞附近最亮的恆星之一，且週期很短，只有十六年。意味著我們能夠得到關於這顆恆星的大量數據。到目前為止，它是唯一的一顆擁有多個軌道光譜測量數據的恆星，S0-2的第一個光譜數據來自2000年。

研究人員在恆星離這個巨大黑洞最近時採集了關鍵數據。吉茲教授形容為來自恆星的光彩虹的光譜，顯示了光的強度和恆星的組成，並提供了關於光從恆星傳播的重要信息。吉茲教授團隊還將這些數據與過去二十四年中所做的測量數據進行了結合。這個實驗依賴於能夠非常精確地測量S0-2環繞超大質量黑洞的軌道，以測量廣義相對論對恆星的影響。我們需要二十四年的所有數據來了解這個軌道的性質，以確保我們所看到的紅移偏差確實是由廣義相對論造成的。

研究人員研究了從S0-2到地球的光子。在離黑洞最近的時候，S0-2以時速2,575萬公里的驚人速度繞著黑洞運動。愛因斯坦曾認為，在靠近黑洞的這個區域，光子必須做額外的工作。它們離開恆星時的波長不僅取決於恆星移動的速度，還取決於光子為逃離黑洞強大的重力場而消耗的能量。最終，研究人員檢測了相對論紅移和重力紅移的組合，並用紅移參數y進行量化。得出的結果y=0.88±0.17，與廣義相對論（y=1）相吻合，排除了牛頓模型（y=0）。

吉茲教授提到，在愛因斯坦發表廣義相對論一百多年後，這一理論開始受到質疑。實際上，人們並不是真的在懷疑廣義相對論，而是這個理論不完整。我們知道廣義相對論很難描述非常小但重力非常大的物體，比如黑洞。這就是為什麼我們想要測試廣義相對論關於黑洞的預測。通過在這些極端環境下的測試，研究人員希望可以看到是否有某些測量值會偏離廣義相對論。這將為我們提供新的物理線索。

無論如何，吉茲教授認為，目前愛因斯坦的理論仍然是對重要力如何起作用的最好描述。

【圖：美國國家科學基金會；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】 研究全文刊登在已經出版的《科學》期刊