如何检验引力理论（七）（完结篇）

原创：牧夫天文

在前面几期中，我们介绍了引力理论的经典检验方法以及引力波检验方法，那么除此之外，我们还可以利用哪些现象或者实验对引力理论进行检验和限制呢？

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第五种力的检验

引力理论检验与卫星

第五种力？这个词乍一看起来似乎很荒谬。我们早在高中物理课上就学过，自然界存在着四大基本作用力，那么这所谓的第五种力是哪里来的呢？

事实上，有一类被称作“屏蔽修改引力”的引力理论，顾名思义，在这个引力理论之中，我们需要引入一些屏蔽机制，而第五种力就这样应运而生。如果要具体讲解的话，则需要一定的量子场论等方面的知识，因此在此我们只是简单地介绍。一般来说，主要有三类屏蔽机制，即变色龙模型，对称子模型和伸缩子模型。其中，变色龙顾名思义，即变色龙场依赖于物质的密度。因此，根据其在不同密度环境下的区别，就可以设计相应的实验来对其进行检验。尽管最原始的屏蔽机制早已被排除，但是这并不影响人们进一步改进这一模型。

我们或许仍然是井底之蛙

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引力理论检验的其他方面

检验引力理论的方法远不止我们提到的这些。宇宙学、脉冲星、双星系统等也可以检验引力理论。这些方面除了我们之前提到的几种框架之外，还包括宇宙演化等方面。试想，如果某个引力理论连宇宙的演化都难以描述，那么这个引力理论显然要回炉再造了。

另外，关于黑洞的探测也是近年较为火热的话题，黑洞无毛定理的检验、对银河系中心的观测（事件视界望远镜）等，也对引力理论的检验大有帮助。

就在前几天，PRL上面发表了两篇关于引力红移的文章，原来是卫星发射失误，不得不从低轨道变轨到高轨道，就这样逐步测量了引力红移，将其精度大大提高，真是无心插柳柳成荫。

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后记

在这一系列文章里，我们跨越了100年的时间，从亚毫米级的对额外维度的探测，到光年之外的引力波信号，都做了简单的介绍。可以说，检验引力理论，是一门大有可为的研究方向。

现代物理认为，尽管广义相对论取得了巨大的成绩，但是它远不是最终理论。无论是在最小的尺度上，还是最大的尺度上，我们似乎都还有非常多修改的余地。广义相对论不能解释奇点问题，也不能解释宇宙加速膨胀问题，并且需要引入暴涨等理论来描述早期理论。至于终极理论到底存不存在，或者能否在我们这些人有生之年内看到，则是另一个问题了。目前，尽管弦论等方面的研究十分火热，但是还是有很多科学家提出了与之不同的理论。

但是，不管怎么说，无论哪种修改引力理论，都是在爱因斯坦的基础上加以修正，其中大多数是直接在希尔伯特-爱因斯坦作用量上面进行修改，而无论哪种引力理论，都要在弱场低速的情况下，回到牛顿引力理论（当然，一般都有高阶修正项）。另一方面，尽管很多人尝试使用其他的几何工具，黎曼几何依然是引力理论的主流。此外，很多引力理论都是要遵循局域洛伦兹不变性的，而这正是洛伦兹和庞加莱等人的了不起的贡献。每每想到这里，我们都对牛顿、黎曼、爱因斯坦、希尔伯特、洛伦兹、庞加莱等这些高瞻远瞩的科学巨人钦佩不已。

关于引力理论检验的介绍，到此就先告一段落。作为一位这方面的初学者，小编也仅仅是刚刚入门而已，可以说是一边学一边写，才完成的这个系列。希望读者诸君不吝赐教。

引力理论仍有很多问题去研究

全文完

『天文时刻』 牧夫出品

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