迄今為止,愛因斯坦的理論也許經受住了一次又一次的測試,但這並不意味著它是絕對正確的——或者科學家應該停止嘗試測試它。每當這個理論成立時,我們就會學到一些關於宇宙的有價值的東西。
2012 年,發現一個新的恆星系統顯示出作為新試驗場的希望。現在,一個國際研究小組也證明它與愛因斯坦的理論完全一致。
它被稱為 PSR J0337+1715,距離金牛座約 4,200 光年,是一個三重系統,它作為相對論測試的興趣可以追溯到 16 世紀的伽利略,當時他證明了等效原理,這是廣義相對論。
這是一個著名的概念,儘管歷史學家大多同意這是一個思想實驗,並沒有真正發生。但故事是這樣的,伽利略從比薩斜塔上扔下兩個由不同材料製成的球,並觀察到它們同時到達底部。
這證明了什麼——在艾薩克·牛頓的著作中得到簡化和形式化萬有引力定律- 質量因引力而產生的加速度與質量本身無關。
1971 年,當太空人戴夫·斯科特 (Dave Scott) 站在地面上時,同時扔下了一把錘子和一根羽毛,這一點被證明具有戲劇性的效果。。沒有空氣阻力來減慢羽毛速度,這兩個項目以相同的速度落到月球表面。
好的,回到 PSR J0337+1715。先前的這些測試已成功證明了等效原理的弱版本。但是,根據廣義相對論,即使在巨大的質量下,甚至在空間的三維引力場中,它也應該按比例放大。
這就是廣義相對論的異常之處。
“除了廣義相對論之外,所有其他引力理論基本上都預測強等效原理在某種程度上會失敗。”研究員斯科特·蘭塞姆說國家電波天文台的演講新科學家去年七月。
該系統由三顆死亡或生命結束的恆星組成。其中兩顆是白矮星——體積小、密度大、溫度很高的恆星核心殘餘物,是紅巨星坍縮後留下的。
第三個是一個脈衝星,一個快速旋轉、極其密集的當它繞軸旋轉時,會發出令人難以置信的規律性的電磁輻射束脈衝,就像一座快速的宇宙燈塔。它也比伴隨它的白矮星重得多。
由於中子星的脈衝非常規則——閃光之間的週期僅為 2.73 毫秒——天文學家可以利用任何時間變化來精確測量其軌道。如果閃光減慢或加速,則表示恆星相對於地球正在移動。
白矮星就是這樣被發現的。這三顆恆星在引力作用下互相拉扯,從而扭曲了的軌道。中子星和其中一顆白矮星彼此非常接近,而第二顆白矮星距離較遠。
根據強等效原理,不僅材料應該以相同的速率加速,引力場中束縛的能量也應該以相同的速度加速。因此,大質量天體應該以與低質量天體相同的速度「下落」。
如果您將中子星視為斯科特演示中的錘子,並將內部白矮星視為羽毛,那麼對於強等效原理測試來說,這是一個不錯的類比。所有三顆星都是“墜落「圍繞著彼此的引力場。
如果脈衝星比內部白矮星向外部白矮星移動得更快,那麼它的軌道將變得更加橢圓。
事實證明,這並沒有發生。
內部白矮星和脈衝星的加速度相匹配,相差不到千分之 0.16,這為我們提供了等效原理的史詩般的大規模演示。愛因斯坦的工作再一次站穩了腳步。
團隊在會上展示了他們的研究成果美國天文學會第231次會議本月初。