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爱因斯坦理论再度被验证正确

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在此图中,显示了一个脉冲星(PSR J0337-1715)和两个白矮星伴星。绿色网格显示了由不同质量引起的时空弯曲。(三个分量的大小和距离非真正比例。)

【新三才首发】物理学家再一次证实了爱因斯坦关于重力的核心思想之一,这次是借助中子星在太空中闪烁而来的。

新的实验使旧观念更加确定:重物和轻物会以相同的速度下落。爱因斯坦不是第一个意识到这一点的人。伽利略(Galileo Galilei)在16世纪通过在比萨斜塔丢下物体来证明这一原理。这个想法最早出现在12世纪哲学家 阿布·巴拉克特·巴格达(Abu’l-Barakātal-Baghdādī)的著作中。这个概念最终进入了艾萨克·牛顿的物理学模型,然后成为爱因斯坦的广义相对论,作为引力「强等价原理」(SEP)。这项新的实验使用一颗下降的中子星,而比以往任何时候都更精确地证明了SEP的正确。

SEP似乎很长一段时间都是正确的。您可能已经看过这段录像,关于阿波罗(Apollo)宇航员在月球真空中将羽毛和锤子落下的情况,表明物体在月球重力下降的速度相同。

但是加拿大阿尔伯塔大学的天体物理学家莎伦·莫辛克(Sharon Morsink)表示,在地球、月球或太阳等相对较弱的引力场中进行的小型测试并不能真正验证SEP的正确性。

「在某种程度上,大多数物理学家都认为爱因斯坦的引力论(称为广义相对论)是正确的。但是,这种信念主要是基于对在弱引力空间区域中发生的现象的观察,而爱因斯坦的引力论则是旨在解释在非常强的引力场附近发生的现象。」「中子星和黑洞是已知引力场最强的物体,因此,涉及这些物体的任何引力测试都将真正检验爱因斯坦引力理论的核心。」

中子星是死星的坍塌核心。它们非常致密,但密度不足以形成黑洞,它们可以将比我们太阳大的质量塞入几英里宽的旋转球体中。

研究人员专注于一种称为脉冲星的中子星,从地球的角度看,它在旋转时似乎在闪烁。该闪烁是由于恒星表面上的一个亮点以每秒366次旋转的速度旋转的结果。这种旋转足够规律来计算时间。

这个脉冲星被称为J0337 + 1715,即使在脉冲星中也很特殊:它被锁定在一个紧密的双星轨道中,带有一个白色矮星。两颗恒星绕着第三颗恒星绕行时彼此绕转,第三颗恒星也是白矮星,就像地球和月亮绕着太阳绕圈时一样。

(研究人员已经表明,对于我们的太阳系中的这种轨道,SEP是正确的:测量表明,地球和月球受到太阳引力的影响程度完全相同。)

由于J0337 + 1715本身的精确计时,再加上与两个白矮星产生的两个引力场的关系,为天文学家提供了一次检验这一原理的独特机会。

脉冲星比系统中的其他两颗恒星重得多。但是当两颗恒星朝脉冲星接近时,脉冲星其实也会稍微朝着这个恒星靠近。(同样的事情发生在你和地球上。当你跳跃时,你会非常迅速地向着地球坠落。但是,由于你自己的微小引力,地球也同样向着你靠近一些。)由于J0337 + 1715可以精确的计时,地球上的天文学家就可以追踪两颗星的引力场如何影响脉冲星的周期。

这份新论文于6月10日发表在《天文学与天体物理学》杂志网站上,表明该系统中的物体的行为符合爱因斯坦的理论预测,或者至少与爱因斯坦的预测相差不超过百万分之1.8。那是他们望远镜数据分析精度的绝对极限。他们报告说对他们的发现有95%的信心。

爱因斯坦对宇宙的大多数关键见解始于自由落体的普遍性。因此,以这种方式,广义相对论的基础变得更加强大。

(编译:王明真)

(责任编辑:姜启明)

(文章来源:新三才首发)

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