如何檢驗引力理論（七）（完結篇）_風聞

原創：牧夫天文

在前面幾期中，我們介紹了引力理論的經典檢驗方法以及引力波檢驗方法，那麼除此之外，我們還可以利用哪些現象或者實驗對引力理論進行檢驗和限制呢？

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第五種力的檢驗

引力理論檢驗與衞星

第五種力？這個詞乍一看起來似乎很荒謬。我們早在高中物理課上就學過，自然界存在着四大基本作用力，那麼這所謂的第五種力是哪裏來的呢？

事實上，有一類被稱作“屏蔽修改引力”的引力理論，顧名思義，在這個引力理論之中，我們需要引入一些屏蔽機制，而第五種力就這樣應運而生。如果要具體講解的話，則需要一定的量子場論等方面的知識，因此在此我們只是簡單地介紹。一般來説，主要有三類屏蔽機制，即變色龍模型，對稱子模型和伸縮子模型。其中，變色龍顧名思義，即變色龍場依賴於物質的密度。因此，根據其在不同密度環境下的區別，就可以設計相應的實驗來對其進行檢驗。儘管最原始的屏蔽機制早已被排除，但是這並不影響人們進一步改進這一模型。

我們或許仍然是井底之蛙

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引力理論檢驗的其他方面

檢驗引力理論的方法遠不止我們提到的這些。宇宙學、脈衝星、雙星系統等也可以檢驗引力理論。這些方面除了我們之前提到的幾種框架之外，還包括宇宙演化等方面。試想，如果某個引力理論連宇宙的演化都難以描述，那麼這個引力理論顯然要回爐再造了。

另外，關於黑洞的探測也是近年較為火熱的話題，黑洞無毛定理的檢驗、對銀河系中心的觀測（事件視界望遠鏡）等，也對引力理論的檢驗大有幫助。

就在前幾天，PRL上面發表了兩篇關於引力紅移的文章，原來是衞星發射失誤，不得不從低軌道變軌到高軌道，就這樣逐步測量了引力紅移，將其精度大大提高，真是無心插柳柳成蔭。

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後記

在這一系列文章裏，我們跨越了100年的時間，從亞毫米級的對額外維度的探測，到光年之外的引力波信號，都做了簡單的介紹。可以説，檢驗引力理論，是一門大有可為的研究方向。

現代物理認為，儘管廣義相對論取得了巨大的成績，但是它遠不是最終理論。無論是在最小的尺度上，還是最大的尺度上，我們似乎都還有非常多修改的餘地。廣義相對論不能解釋奇點問題，也不能解釋宇宙加速膨脹問題，並且需要引入暴漲等理論來描述早期理論。至於終極理論到底存不存在，或者能否在我們這些人有生之年內看到，則是另一個問題了。目前，儘管弦論等方面的研究十分火熱，但是還是有很多科學家提出了與之不同的理論。

但是，不管怎麼説，無論哪種修改引力理論，都是在愛因斯坦的基礎上加以修正，其中大多數是直接在希爾伯特-愛因斯坦作用量上面進行修改，而無論哪種引力理論，都要在弱場低速的情況下，回到牛頓引力理論（當然，一般都有高階修正項）。另一方面，儘管很多人嘗試使用其他的幾何工具，黎曼幾何依然是引力理論的主流。此外，很多引力理論都是要遵循局域洛倫茲不變性的，而這正是洛倫茲和龐加萊等人的了不起的貢獻。每每想到這裏，我們都對牛頓、黎曼、愛因斯坦、希爾伯特、洛倫茲、龐加萊等這些高瞻遠矚的科學巨人欽佩不已。

關於引力理論檢驗的介紹，到此就先告一段落。作為一位這方面的初學者，小編也僅僅是剛剛入門而已，可以説是一邊學一邊寫，才完成的這個系列。希望讀者諸君不吝賜教。

引力理論仍有很多問題去研究

全文完

『天文時刻』 牧夫出品

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