爱因斯坦之后物理学的最大问题
爱因斯坦之后物理学的最大问题来源:互联网
欧洲航天局(ESA)国际伽马射线天体实验室(Integral)已经证实了一项继爱因斯坦之后深刻影响物理学的重大发现。它表明宇宙中任何基本量子将比之前预测的要小很多个数量级。
Integral卫星上的 IBIS 望远镜观测到了2004年12月19日的一场伽马射线暴(GRB),是研究者现在在分析的。而这里显示的是其2002年11月25日首次监测到的伽玛射线暴,其亮度可以和数百个含有亿万星辰的星系相媲美。
欧洲航天局(ESA)国际伽马射线天体实验室(Integral)已经证实了一项继爱因斯坦之后深刻影响物理学的重大发现。它表明宇宙中任何基本量子将比之前预测的要小很多个数量级。
爱因斯坦的广义相对论描述了引力的性质,并假设宇宙是平滑连续的。而量子力学则表明宇宙在最小尺度上是分立的,好比沙滩上的沙粒。
现代物理学最关心的问题之一就是将这两个理论用量子引力统一起来。
现在Integral 精确地限制了宇宙中那些量子微粒的大小,表明比某些之前的量子引力结论要小很多。根据计算,微粒会影响伽马射线在宇宙中的运动轨迹。微粒可以弯曲光线,并改变其振动方向,即所谓的偏振。高能伽马射线比低能量射线弯曲的更厉害,而偏振的不同可被用来推测微粒大小。
法国原子能协会(CEA)Saclay研究室的Philippe Laurent和其合作者用Integral卫星IBIS望远镜的数据分析高能伽马射线和低能伽马射线在这一次最剧烈的GRBs中偏振的不同。
GRBs来自宇宙中某些最高能量的爆炸。大部分射线被认为来源于大质量恒星在超新星爆炸之后坍塌成中子星或者黑洞这一时期,期间会产生持续数秒或几分钟地伽马射线脉冲,但是会比整个星系都要亮。
GRB 041219A发生在2004年12月19日,一发生就被认为在亮度上是GRBs中占前1%的。它太亮了所以Integral才能够准确测出其伽马射线的偏振方向。
Laurent和其合作者研究了不同能量射线的不同偏振,但是没有一个在计算数据的误差范围内。
一些理论物理学家认为宇宙的量子本质应该在“普朗克常数”范围内:即十的负三十五次方米,而一毫米才不过十的负三次方米。
但是Integral的观测结果比以前任何一次都要精确一万倍以上,它显示任何量子微粒都在十的负四十八次方数量级或更小。
“这是基础物理的一个十分重要的结论,将清除一些弦理论和圈量子引力理论。”Laurent如是说。2006年Integral做了一次相似的观测,它观测了距离我们银河系6500光年的一次超新星爆炸产物——蟹状星云,测量了其偏振辐射。
新的观测更加精确,因为据估计GRB 041219A离地球至少三亿光年。
原则上,由量子微粒引起的微小弯曲效应应该通过长距离的累积形成一个可探测的信号。因为什么都看不见,微粒甚至比以前预测的还要小很多。
“在伽马射线观测仪Integral上在基础物理方面的应用并不是很显著,”ESAIntegral 的科学家Christoph Winkler说:“但是它还是在探索宇宙本质方面让我们迈出了一大步。”
现在轮到理论物理学家头疼了,他们必须基于这一新的现象重新构建他们的理论。
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