美國(guó)宇航局的激進(jìn)研究表明，這種航天器的形成可能揭示新的物理學(xué)

對(duì)于天文學(xué)、天體物理學(xué)和宇宙學(xué)領(lǐng)域來說，這是一個(gè)激動(dòng)人心的時(shí)刻。多虧了尖端的天文臺(tái)、儀器和新技術(shù)，科學(xué)家們?cè)絹碓浇咏谕ㄟ^實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證那些在很大程度上仍未經(jīng)過測(cè)試的理論。

這些理論解決了科學(xué)家關(guān)于宇宙和支配宇宙的物理定律的一些最緊迫的問題——比如引力的本質(zhì)。暗物質(zhì)和暗能量.幾十年來，科學(xué)家們一直假設(shè)，要么有額外的物理學(xué)在起作用，要么我們占主導(dǎo)地位的宇宙學(xué)模型需要修改。

雖然對(duì)暗物質(zhì)和暗能量的存在和性質(zhì)的調(diào)查正在進(jìn)行中，但也有人試圖通過可能存在的新物理學(xué)來解決這些謎團(tuán)。

在近期論文，美國(guó)宇航局的一組研究人員提出了航天器如何在我們的太陽(yáng)系內(nèi)尋找其他物理學(xué)的證據(jù)。他們認(rèn)為，這種搜索將得到以四面體形式飛行并使用干涉儀的航天器的協(xié)助。這樣的任務(wù)可以幫助解決半個(gè)多世紀(jì)以來一直困擾著科學(xué)家的宇宙學(xué)謎團(tuán)。

該提案是斯拉瓦·圖里舍夫，加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）物理學(xué)和天文學(xué)兼職教授，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究科學(xué)家。

與他一起參加的還有趙勝偉，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，以及楠宇，南卡羅來納大學(xué)兼職教授，美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究科學(xué)家。他們的研究論文最近在線發(fā)表，并已被接受發(fā)表在體檢 D.

Turyshev 的經(jīng)歷包括成為重力恢復(fù)和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室（GRAIL）任務(wù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)成員。在之前的工作中，Turyshev和他的同事們研究了太陽(yáng)的任務(wù)如何太陽(yáng)引力透鏡（SGL）可能會(huì)徹底改變天文學(xué)。

該概念文件被授予第三階段補(bǔ)助金2020 年由美國(guó)宇航局的創(chuàng)新先進(jìn)概念 （NIAC） 計(jì)劃提出。在之前的一項(xiàng)研究中，他和SETI天文學(xué)家克勞迪奧·麥科內(nèi)（Claudio Maccone）還考慮了先進(jìn)文明如何使用用于傳輸電力的 SGL從一個(gè)太陽(yáng)系到另一個(gè)太陽(yáng)系。

總而言之，引力透鏡是一種引力場(chǎng)改變其附近時(shí)空曲率的現(xiàn)象。這種效應(yīng)最初是由愛因斯坦在 1916 年預(yù)測(cè)的，并被1919年的亞瑟·愛丁頓確認(rèn)他的廣義相對(duì)論（GR）。

然而，在 1960 年代和 1990 年代之間，對(duì)星系旋轉(zhuǎn)曲線和宇宙膨脹的觀測(cè)產(chǎn)生了關(guān)于更大宇宙尺度上引力性質(zhì)的新理論。一方面，科學(xué)家們假設(shè)暗物質(zhì)和暗能量的存在，以調(diào)和他們的觀察結(jié)果。

另一方面，科學(xué)家們已經(jīng)提出了替代的引力理論（如修正牛頓動(dòng)力學(xué)（MOND）、修正引力（MOG）等）。與此同時(shí)，其他人則認(rèn)為宇宙中可能存在我們尚未意識(shí)到的其他物理學(xué)。正如Turyshev通過電子郵件告訴《今日宇宙》的那樣：

“我們渴望探索圍繞暗能量和暗物質(zhì)奧秘的問題。盡管它們?cè)谏蟼€(gè)世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)，但它們的根本原因仍然難以捉摸。如果這些'異常'源于新的物理學(xué) - 尚未在地面實(shí)驗(yàn)室或粒子加速器中觀察到的現(xiàn)象 - 那么這種新力量可能會(huì)在太陽(yáng)系尺度上表現(xiàn)出來。

在他們的最新研究中，Turyshev和他的同事們研究了一系列以四面體形式飛行的航天器如何研究太陽(yáng)的引力場(chǎng)。

Turyshev說，這些調(diào)查將尋找與預(yù)測(cè)的偏差廣義相對(duì)論在太陽(yáng)系尺度上，這是迄今為止不可能實(shí)現(xiàn)的：

“假設(shè)這些偏差在重力梯度張量（GGT）中表現(xiàn)為非零元素，從根本上類似于泊松方程的解。

由于這些偏差的微小特性，檢測(cè)這些偏差所需的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前的能力，至少要高出五個(gè)數(shù)量級(jí)。在如此高的精度水平下，許多眾所周知的效果將引入顯著的噪聲。

該策略涉及進(jìn)行差分測(cè)量以抵消已知力的影響，從而揭示對(duì)GGT的微妙但非零的貢獻(xiàn)。

Turyshev說，該任務(wù)將采用依賴于一系列干涉儀的本地測(cè)量技術(shù)。這包括干涉激光測(cè)距，該技術(shù)由重力恢復(fù)和氣候?qū)嶒?yàn)后續(xù)（GRACE-FO）任務(wù)，一對(duì)依靠激光測(cè)距來跟蹤地球海洋、冰川、河流和地表水的航天器。

同樣的技術(shù)也將用于調(diào)查引力波由擬議的天基激光干涉空間天線（麗莎）。

該航天器還將配備原子干涉儀，該干涉儀使用浪原子的特征，用于測(cè)量不同路徑的原子物質(zhì)波之間的相位差異。這種技術(shù)將使航天器能夠檢測(cè)非重力噪聲（推進(jìn)器活動(dòng)，太陽(yáng)輻射壓力，熱反沖力等）的存在，并在必要的程度上抵消它們。

同時(shí)，以四面體編隊(duì)飛行將優(yōu)化航天器比較測(cè)量值的能力。

“激光測(cè)距將為我們提供有關(guān)航天器之間距離和相對(duì)速度的高精度數(shù)據(jù)，”Turyshev說。

“此外，其卓越的精度將使我們能夠測(cè)量四面體形成相對(duì)于慣性參考系的旋轉(zhuǎn)（通過Sagnac可觀測(cè)物），這是任何其他方式都無法完成的任務(wù)。因此，這將利用一套局部測(cè)量值建立四面體結(jié)構(gòu)。

最終，這項(xiàng)任務(wù)將在最小的尺度上測(cè)試遺傳資源，這是迄今為止非常缺乏的。雖然科學(xué)家們繼續(xù)探索引力場(chǎng)對(duì)時(shí)空的影響，但這些影響主要局限于使用星系和星系團(tuán)作為透鏡。

其他例子包括對(duì)致密物體（如白矮星）和超大質(zhì)量物體的觀測(cè)黑洞（SMBH）像人馬座A*一樣，它位于銀河系的中心。

“我們的目標(biāo)是將GR和替代引力理論的測(cè)試精度提高五個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

除了這個(gè)主要目標(biāo)之外，我們的任務(wù)還有其他科學(xué)目標(biāo)，我們將在隨后的論文中詳細(xì)介紹。其中包括測(cè)試GR和其他引力理論，探測(cè)微赫茲范圍內(nèi)的引力波 - 現(xiàn)有或設(shè)想的儀器無法到達(dá)的頻譜 - 以及探索太陽(yáng)系的各個(gè)方面，例如假設(shè)的行星9，以及其他努力。

本文最初發(fā)表于今天的宇宙.閱讀原文.

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