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引力波是如何从理论中发现的?

2014-08-13

飞碟探索 2014年4期

1932年,爱因斯坦离开了欧洲,去新泽西州新建成的普林斯顿高等研究院。途中,他在牛津大学做了短暂的停留,并在基督教堂学院做了个研究报告。远离危机重重的中欧,他重新开始求解他的方程组。1935年,他得到了一个年轻的研究助理纳森·罗森(1909年至1995年),帮他进行数学计算。在随后的两年里,罗森和爱因斯坦合作撰写了许多理论物理学领域的著名论文。

1936年,爱因斯坦和罗森发现了爱因斯坦方程组的一类新的解。它描述了一个膨胀的圆柱状宇宙,在这个宇宙里,所有的事情在随时间变化的同时,也沿着空间中的某一个方向变化。这种模型简化了纷繁复杂的爱因斯坦方程组,使人们得以找到一个精确解。这种宇宙有一个令人惊讶的新特点,这是之前从爱因斯坦方程组里找到的其他宇宙模型中从来没有过的。这种宇宙的空间中传播着一种波,所到之处的空间纷纷掀起涟漪。这有点像给卡斯纳的宇宙(在不同方向上以不同的速率膨胀)增添了一些波,它们从对称轴向外传播,就像卷纸松开时向外一层层剥去。

对爱因斯坦和与他同时期的人来说,这种宇宙的最有趣之处是存在引力波。爱因斯坦一罗森宇宙不包含物质,因此任何波动都会掀起空间几何的涟漪,并随时间传播开去。这种引力波的想法曾经风行了一段时间,也引起了一些争议。但是,有些人认为这只不过是在“纸上谈波”,它们并不对应空间中任何真实存在的起伏,是爱因斯坦方程组在特殊的坐标系下产生的结果。……

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