迄今为止,爱因斯坦的理论也许经受住了一次又一次的测试,但这并不意味着它是绝对正确的——或者科学家应该停止尝试测试它。每当这个理论成立时,我们就会学到一些关于宇宙的有价值的东西。
2012 年,发现一个新的恒星系统显示出作为新试验场的希望。现在,一个国际研究小组也证明它与爱因斯坦的理论完全一致。
它被称为 PSR J0337+1715,距离金牛座约 4,200 光年,是一个三重系统,它作为相对论测试的兴趣可以追溯到 16 世纪的伽利略,当时他证明了等效原理,这是广义相对论。
这是一个著名的概念,尽管历史学家大多同意这是一个思想实验,并没有真正发生。但故事是这样的,伽利略从比萨斜塔上扔下两个由不同材料制成的球,并观察到它们同时到达底部。
这证明了什么——在艾萨克·牛顿的著作中得到简化和形式化万有引力定律- 质量因引力而产生的加速度与质量本身无关。
1971 年,当宇航员戴夫·斯科特 (Dave Scott) 站在地面上时,同时扔下了一把锤子和一根羽毛,这一点被证明具有戏剧性的效果。。没有空气阻力来减缓羽毛的速度,这两个项目以相同的速度落到月球表面。
好的,回到 PSR J0337+1715。先前的这些测试已成功证明了等效原理的弱版本。但是,根据广义相对论,即使在巨大的质量下,甚至在空间的三维引力场中,它也应该按比例放大。
这就是广义相对论的异常之处。
“除了广义相对论之外,所有其他引力理论基本上都预测强等效原理在某种程度上会失败。”研究员斯科特·兰塞姆说国家射电天文台的讲话新科学家去年七月。
该系统由三颗死亡或生命终结的恒星组成。其中两颗是白矮星——体积小、密度很大、温度很高的恒星核心残余物,是红巨星坍缩后留下的。
第三个是一个脉冲星,一个快速旋转、极其密集的当它绕轴旋转时,会发出令人难以置信的规律性的电磁辐射束脉冲,就像一座非常快速的宇宙灯塔。它也比伴随它的白矮星重得多。
由于中子星的脉冲非常规则——闪光之间的周期仅为 2.73 毫秒——天文学家可以利用任何时间变化来精确测量其轨道。如果闪光减慢或加速,则意味着恒星相对于地球正在移动。
白矮星就是这样被发现的。这三颗恒星在引力作用下互相拉扯,从而扭曲了的轨道。中子星和其中一颗白矮星彼此非常接近,而第二颗白矮星距离较远。
根据强等效原理,不仅材料应该以相同的速率加速,引力场中束缚的能量也应该以相同的速度加速。因此,大质量天体应该以与低质量天体相同的速度“下落”。
如果您将中子星视为斯科特演示中的锤子,将内部白矮星视为羽毛,那么对于强等效原理测试来说,这是一个不错的类比。所有三颗星都是“坠落“围绕着彼此的引力场。
如果脉冲星比内部白矮星向外部白矮星移动得更快,那么它的轨道将变得更加椭圆。
事实证明,这并没有发生。
内部白矮星和脉冲星的加速度相匹配,相差不到千分之 0.16,这为我们提供了等效原理的史诗般的大规模演示。爱因斯坦的工作再一次站稳了脚跟。
该团队在会上展示了他们的研究成果美国天文学会第231次会议本月初。