一项新的研究报告称，爱因斯坦的广义相对论成功地通过了最严格的测试。
根据爱因斯坦的广义相对论，星系这样的大质量天体能够扭曲时空。
爱因斯坦在1916年提出的广义相对论认为，引力是时空固有弹性的结果：大质量天体扭曲了时空结构，形成了某种形式的“井”，其他天体会绕着它运行。
像所有的科学理论一样，广义相对论做出的预测是可以通过实验来加以验证的。其中最重要的预测之一是所谓的“等效原理”，即所有物体都会以相同的方式下落，无论它们体积有多大或者由什么组成。
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研究人员已经在地球上多次验证了等效原理的正确性，在月球上也进行过一次非常有名的实验。1971年，“阿波罗15号”任务的宇航员大卫·斯科特（David Scott）在月球上同时丢下了一根羽毛和一把锤子，结果，它们同时掉落在月球的尘埃里。（当然，如果是在地球上，羽毛会因为空气阻力比锤子更晚落地。）
但是，我们很难知道，等效原理是否适用于所有情形，比如当涉及的物体非常致密或非常巨大的时候。这一点点余地也给其他引力理论的支持者带来了希望，尽管这样的人仅占少数。不过，上述新研究也许会让这些人再次陷入失望。一个国际天文学家团队在极端条件下测试了等效原理，他们对一个三星系统进行了观测，该系统由两颗致密的白矮星（它们是恒星死亡后留下的尸体）和一颗更加致密的中子星组成。
系统里的中子星属于快速旋转的那一类，即脉冲星。这类奇异天体之所以被命名为脉冲星，是因为它们似乎会周期性地发出辐射。然而，这只是一种观察者效应；脉冲星其实是不断地从两极发出辐射，但天文学家的仪器只有在脉冲星两极朝向地球时，才能检测到辐射束。而且，由于脉冲星在不断旋转，它们的两极会以均匀的时间间隔朝向地球。
PSR J0337+1715系统的艺术效果图
这个被称为PSR J0337+1715的系统距离地球4,200光年，在天球上位于金牛座。脉冲星每秒自转366次，它与内层的白矮星相互绕转，形成双星系统；这两颗星体每1.6个地球日，绕一个共同的质量中心旋转一圈。该双星系统又与相距甚远的外层白矮星相互绕转，绕行一圈的周期是327个地球日。
这颗脉冲星把相当于1.4个太阳的质量塞进了阿姆斯特丹那么大的球体当中，而内层白矮星的质量只有0.2个太阳，但体积跟地球差不多。所以，两者是非常不同的天体——但如果等效原理是正确的，那么它们在外层白矮星引力作用下的表现应该是相同的。
研究人员通过追踪脉冲星发出的无线电波，来追踪它的运动情况。他们利用荷兰的韦斯特博克综合孔径射电望远镜、美国西弗吉尼亚州的绿岸天文望远镜，以及波多黎各的阿雷西博天文台，进行了长达六年的观测。
韦斯特博克综合孔径射电望远镜
“对于启动观测之后这颗中子星的每一次脉冲，我们都可以说清楚。”研究负责人、阿姆斯特丹大学和荷兰射电天文研究所的博士后研究员安妮·阿奇博尔德（Anne Archibald）在一份声明中说，“我们可以说清楚它的位置，误差在几百米之内。对于中子星的运行轨迹来说，这已经是非常精确的追踪了。”
何种情况会被视为等效原理遭到违背？它将表现为，脉冲星的轨道出现扭曲，也就是，脉冲星的路径与内层白矮星的路径存在差异。这种扭曲会导致脉冲星辐射被检测到的时间跟预期的稍有不同。
然而，研究人员没有检测到任何这样的扭曲。
“如果存在差异，那不会超过百万分之三。”研究论文共同作者、阿姆斯特丹大学博士生妮娜·古辛斯卡娅（Nina Gusinskaia）在同一份声明中表示。
“现在，任何支持其他引力理论的人都面临着更狭窄的可能性范围，他们的理论必须在这个范围之内，才能符合我们观测到的现象。”古辛斯卡娅补充道，“而且，我们还将此前关于引力理论的最佳测试的精度提升了十倍左右，这些测试既包括太阳系之内的，也有涉及其他脉冲星的。”
翻译：何无鱼
校对：李莉
编辑：漫倩
来源：NBC News
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本文选自：今日头条 | 
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发表于 2019-8-14 22:29:16
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