SpaceX即将发射的新任务,真能颠覆广义相对论?
问题是牛顿第二定律早已经过无数次验证,可以解释大量的物理现象——任何试图取代牛顿定律的理论,必须要先能够容纳牛顿定律所能解释的现象。所以无论是从心理上,还是实际操作上,大多数人宁愿押注在“别的东西”上。
因此,Zwicky得出结论,星系团里有大量我们无法看到的质量——他称之为暗物质。
1980年,美国天文学家Vera Rubin证实并推广了Zwicky的观测结果:几乎大多数星系的旋转速度都不合理,角速度远远超过其质量所能支持的大小。
之后的物理学家同样走了一遍Fritz Zwicky的心路,最后也大多选择了押注暗物质。
从那以后的几十年中,科学家一直在反复审视和完善暗物质假说。同时,对子弹星系的观测结果,几乎确认了暗物质的存在性。但最关键的一环,暗物质本身,科学家从来没有找到过。
有大量的实验试图检测出所谓的暗物质,甚至制造出暗物质,但是到目前为止,没有一个成功。
MOND理论作为解释星系旋转数据的一种方式,没有引入神秘的暗物质。MOND的支持者提供了替代性的解释:当加速度小于10-10m/s2 的阈值时,引力会发生变化。这个想法并不是来自于任何基础理论的。令人惊讶的是,同样的加速度阈值几乎对所有的星系都有效,无论大小,无论年轻还是年老的星系。
在低加速度下,MOND模型里的引力效果要强于经典的万有引力定律所描述的。副作用是,对象的运动不仅取决于其自身的质量,而且还取决于附近的所有质量。这种现象被称为外部场效应 (EFE)。
根据QI,加速的物体会在其加速方向的反方向看到一个Rindler视界,这是因为信息传播有光速的限制。Rindler视界会把虚拟粒子转为真实的辐射,称之为Unruh辐射。
QI认为,视界会在物体一侧减弱Unruh辐射,从而导致量子真空的梯度,在物体与其加速方向相反的方向施加一个推力,这就是惯性的起源。也就是说,按QI理论,惯性不再是物体的固有属性,而是环境施加某种推力造成的后果。
在相对论里,Rindler视界的时空背景仍是闵氏时空,它只是由于选取了一个不同的坐标系而变换出了一个视界(可通过换系而消除),这种视界也叫做坐标视界。仅是某种数学变换。但在QI里,则认为那是某种物理实在。
至于Unruh辐射,指的是一名加速运动的观察者可以观测到惯性观察者无法看到的黑体辐射,即加速运动的观察者会发现自己处在一个温暖的宇宙背景中。Unruh辐射是当前理论上认可其存在性的概念,在1976年经数学推导而来。但是因为实际效应太过微弱,目前无法在实验室里进行检验。(不过去年有物理学家提出了一种实验设计。只要肯花钱,也可以在地球上对Unruh效应进行实验验证。)
以有一定接受度的Unruh辐射为理论出发点,提出QI学说的McCulloch不需要引入任何未知粒子(如暗物质),也不需要为了配合观测,人为指定无法解释的关键阈值。所有都很理想,除了一点:QI与相对论的基础和核心思想——等效原理——并不兼容。
换而言之,QI成立的前提是,广义相对论的基础(等效原理)是错的——惯性质量和引力质量不是一个东西。通过将物体的惯性质量和引力质量解耦,McCulloch声称能够仅使用现有的可见物质来解释星系旋转速度过快的问题。
QI还预测,在极低加速度下,例如星系边缘的恒星,Rindler视界会移动得很远,以至于接近宇宙视界,这样Unruh辐射就会在四周均匀地减弱,惯性机制就会崩溃。这解释了为什么星系边缘的恒星可以以比预期更快的速度旋转但仍然受到星系的束缚。因此,QI理论可以完美地贴合星系旋转速度而不需要暗物质或对牛顿力学的任何调整 。
这部分物理学家的怀疑是有道理的,经过计算,IVO量子驱动引擎基本等价于第一类永动机……,不过QI理论的支持者声称,IVO量子驱动引擎并未自己产生能量,它借助了环境的能量,就像是顺水行舟。它本质上没有违反牛顿定律和热力学定律。
当然,DARPA也不会完全闷声投钱,它在合同里要求McCulloch和他的同事证实这种无工质引擎的可行性。所谓“无工质引擎”,指不需要喷射什么东西就能制造反推力前进的引擎。也就是不遵守动量守恒的东西。IVO量子驱动引擎可以直接从真空中获得推力,所以也是无工质引擎。而上一代无工质引擎,即传说中的 EMDrive已被证伪。
但现在,由北达科他州的IVO公司开发,第一台IVO量子驱动引擎将于2023年6月12日通过SpaceX Transporter 8任务发射到低地球轨道进行测试。这是IVO公司为了履行与DARPA的合同,同时争取更大一笔的投资,而进行的轨道实验。
好了,时间就要到了,让我们走着瞧吧。
致谢:感谢复旦大学安宇森博士对此文的审校!
参考文献
本文受科普中国·星空计划项目扶持 出品:中国科协科普部 监制:中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
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来源: qq
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