检验爱因斯坦
引力之影
黑洞的影子：
目的：对星系中央特大质量黑洞的射电观测，以检验阴影效应（shadowing effect）
状况：计划将于这10年的末期开始
优点：极强引力环境
缺点：对广义相对论的低精度检测
突出点：也许会得到黑洞直径和自转的约束
宇宙中广义相对论效应最明显之处莫过于黑洞深深的巨口了。在这些地方，时空弯曲得无限大，甚至是光都不能逃脱。这个环境就是爱因斯坦的引力与牛顿引力的不同之处。
大多数天文学家已接受了黑洞的事实，而观测也已证实，它们的确存在。环绕银心超高速运行的恒星和气体、经引力红移过的光线，以及从炽热吸积盘径直向外的超高亮度喷流等证据是有说服力的，但并不直接。科学家想的是直接看到黑洞本身。
不巧的是，由于黑洞是光线无法逃脱的地方，没有什么办法能够“看到”一个黑洞。但天文学家可以看到黑洞的影子。如果一个星团或一片热气体云在黑洞背后不远处发光，环绕在黑洞外缘的光线会因其引力而发生偏转，而任何直接射向黑洞本身的光将陷于其中。天文学家将看到环绕着一片全黑区域的光环——这是洞真实的影子。
亚利桑那大学的理论家Fulvio Melia说，“看到影子只是个现象，它将是目前为止我们所有关于黑洞的证据中最直接、最引人注目的。影子会证实时空封闭口袋的存在。”
影子本身有着检验广义相对论的潜力。例如，该理论对影子的大小与黑洞的质量之间的关系作了预言。而如果黑洞在旋转，它将象地球所作的那样拉伸周围的时空，只不过这次惯性系拖曳现象彻底变大了，影子也会被伸长和变扁。
这张计算机模拟图展示了黑洞的影子，也就是周围环绕的一圈弥漫的射电辐射光环。（图片提供：Fulvio Melia/Benjamin C. Bromley/Siming Liu）
为寻找这样的影子，来自麻省理工学院和加州大学伯克利分校的天文学家正在组织一个有十架或更多射电望远镜参与的国际网络，以用波长1.5毫米以下的波段观测。现今的射电天线网观测用波段对此实验来说太长了，只能在对于观测黑洞周围的物质是透明的那些波段上工作。Melia预计这一网络将在3或4年内完成，并说：“这需要全球射电天文界共同的决心。”
天文学家将首先将望远镜对准号称有370万太阳质量的银河系中心黑洞。第二个调查的对象是室女星系团中巨椭圆星系M87核心有300万倍太阳质量的巨物。Melia说：“能探测到影子是与广义相对论一致的，但这样会限制广义相对论在其他极端区域的可能修正。如果我们没有看到影子，那么可能的原因是广义相对论在引力超强的情形下必须要被修正，这也许是由于这些条件下光速并不恒定导致的。”
爱因斯坦会怎样想？
人们不由自主地会想，如果爱因斯坦能够看到大批致力于检验其理论的实验，他会想些什么。有种可能性是，他不会失眠。在对1919年日食的成功预报后，他曾被问到，如果实验证明了他的理论是错误的，他会有什么感觉。他回答说：“我会为亲爱的上帝感到遗憾。理论是正确的。”
当今的物理学家难于分享爱因斯坦的自信和信念，这是因为在某些水平上，广义相对论必然是不完备的。芝加哥大学的宇宙学家Sean Carroll说：“每个人都认为自己是正确的。广义相对论与我们生活的量子世界从根本上不相容。我们至少也要寻找广义相对论的量子版本。”
不计其数的宇宙之谜接连不断地突现，看起来是坚持说故事必然有更多内容。观测揭示了宇宙的成分，其中有70%由神秘的暗能量组成，25%由暗物质组成。也许在我们对引力的了解中丢失了某些关键的东西，而广义相对论终将为一个对宇宙的更深层描述所取代。
自由科学撰稿人Amanda Gefter目前在伦敦经济学校学习哲学和科学史。她曾为Scientific American、Mercury和New Scientist杂志撰写文章。
