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利用原子激发测量时空旋转

导读 原子在超大质量物体附近会如何表现?我们知道原子在地球表面等极弱重力下会如何表现:当电子吸收光子或原子核吸收伽马射线等时,它们可以从...

原子在超大质量物体附近会如何表现?我们知道原子在地球表面等极弱重力下会如何表现:当电子吸收光子或原子核吸收伽马射线等时,它们可以从较低能级激发到较高能级。但如果原子处于强引力场中,例如超大质量旋转黑洞或旋转中子星附近的引力场,情况会怎样?

中国北京计算科学研究中心的两位科学家已经确定,激发的量还取决于大质量物体外部时空的旋转速度。事实上,他们说,相反的情况可能很有用:测量一组激发的变化可能用于确定时空的旋转速度,这种现象称为参考系拖拽。

研究结果发布在arXiv预印本服务器上。

参考系拖拽是爱因斯坦引力理论(即广义相对论)的一个预测。就像静止的黑洞会使其周围的时空变形,从而产生事件视界和中心的奇点一样,1918 年,奥地利物理学家 Josef Lense 和 Hans Thirring 发现,大质量物体的旋转会将其附近的时空拖拽到旋转方向上。

因此,质量附近的距离和角度的测量将会改变,并且相对于远处的观察者,空间和时间甚至可能会部分混合。

这种效应被称为伦斯-瑟林效应,即使在爱因斯坦方程的“弱场”极限中也存在,与黑洞事件视界附近的时空相同,那里的引力不是很强(但比地球上的强)。

美国宇航局和其他团体已经发现了拖拽效应的天文证据,不过研究人员表示,测量结果需要更加严格。拖拽效应的旋转速度取决于物体的角动量(旋转速度)和质量,以及与物体的距离。

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