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中国科学家率先获得引力以光速传播的观测证据

2013年01月14日 18:48
来源:新华网

新华网北京1月14日电(记者左元峰)引力的传播速度一直是物理学家们争执不下的难题。当物理学界苦于找不到有效的实验或观测方法来测量引力速度时,中国科学家们从固体潮中获得了灵感,率先获得引力以光速传播的观测证据。

中国科学院地质与地球物理研究所研究员汤克云近日接受新华社记者采访时透露,通过十几年中多次观测日全食期间重力固体潮,他和他的团队发现,2009年日全食期间上海站的固体潮观测曲线与牛顿理论曲线相比,存在8到10分钟的滞后,似乎与引力的传播速度有关。

固体潮,指在日、月引力作用下,固体地球产生类似潮汐涨落的周期性形变。这种变化反映在重力仪的读数上,称为重力固体潮。

在分析多种可能性后,汤克云认识到,在现今使用的重力固体潮公式中,日和月的位置皆是视位置,而不是真位置。这意味着该公式已默认引力和光线都是从视位置发出的。换句话说,实用重力固体潮公式已不再是经典牛顿公式,它隐含了引力以光速传播的假定,而实际观测曲线与实用公式曲线的吻合似乎也证明了这一假设的正确性。

“为了进一步定量研究引力的传播速度,我通过反复比较观测曲线与理论曲线导出了引力传播速度方程,”汤克云研究员说。

为了减少海洋潮汐作用的影响,这支包括中国科学院地质与地球物理研究所、中国地震局和中国科学院大学研究人员的团队选择了分别坐落于新疆和西藏的两个观测站,因为这两个地点离四大洋都很远,海潮的影响很小。

通过分析、校正由高精度重力仪获得的重力固体潮数据,代入上述引力速度方程,团队求得的引力速度与光速比值在0.93和1.05之间,相对误差百分之五。这意味着中国科学家率先通过观测证实了引力场以光速传播。

“这项原创成果是中国科学家在引力物理领域的重要突破。”中科院院士滕吉文说。据悉,该成果为今后的引力物理研究提供了新的方向和判据,同时也将有助于提高航天、GPS等领域的准确性。

该成果的英文版已发表于德国科技出版集团施普林格的官方网站上,中、英文纸质版也将在近期发表于由中科院和国家自然科学基金委员会主办的旬刊《科学通报》上。

据汤克云透露,团队计划用更多、更精确的数据求解方程,使引力速度的相对误差缩小到百分之三。此外,汤克云呼吁国家有关科研机构充分利用新疆、西藏等西部内陆地区的地理优势,并在那里建立超导引力观测站。

“新疆、西藏远离四大洋,是进行引力观测研究的理想地点。在此建立的观测站,很可能成为世界引力物理研究的中心。”汤克云说。(吴晶晶、朱基钗对此文亦有贡献)

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