102年来,爱因斯坦的引力理论通过的最严格考验

一项新的研究报告称,爱因斯坦的广义相对论已经通过了有史以来最艰难的测试。广义物理学家在1916年提出的广义相对论认为,引力是时空固有灵活性的结果:巨大的物体扭曲了宇宙的结构,形成了一种其他物体围绕着的轨道。

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和所有的科学理论一样,广义相对论也做出了可验证的预测。其中最重要的一个是“等效原理”——即所有物体都以同样的方式下落,无论它们有多大,或者它们是由什么组成的。研究人员已经在地球上多次证实了等效原理,还有非常出名月球实验。1971年,阿波罗15号宇航员大卫·斯科特同时丢下一根羽毛和一把锤子; 两者同时击中了灰色的月球污垢。(当然,在地球上,羽毛会比锤子更快地飞到地面,被我们的大气所阻挡。)

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但很难知道等效原则是否适用于所有情况, 例如,当所涉及的物体非常密集或巨大时。这种回旋的余地给了另类引力理论的追随者们带来了希望,尽管这些人仍然是少数派。这项新研究可能会让他们的乐观情绪消失。

一个国际天文学家团队在极端条件下测试了等效原理:一个由两颗超级恒星尸体组成的系统,称为白矮星和一颗更密集的中子星。中子星是一种称为脉冲星的快速旋转型。这些奇特的物体之所以如此命名是因为它们似乎以规则脉冲发射辐射。然而,这只是观察者的影响; 脉冲星从它们的两极连续不断地射出辐射,但是天文学家的仪器只有在它们被引导到地球时才会拾取这些光束。由于脉冲星旋转,它们可以定期将它们的极点引向地球。

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这个被称为PSR J0337+1715的系统,距离地球4200光年,位于金牛座的方向。脉冲星每秒旋转366次,与一个白矮星在内部共同运行;这对“夫妇”每隔1.6个地球就绕着一个共同的中心。这对双星和另一颗白矮星在一个327天的轨道上,它离得更远。脉冲星的质量是太阳的1.4倍,它的体积相当于阿姆斯特丹的大小,而内部的白矮星只有0.2倍的太阳质量,和地球的大小差不多。所以,它们是非常不同的物体——但是如果等效原理是在金钱上的话,它们应该被外部的白矮星所牵引。

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“现在,任何拥有替代重力理论​​的人都有一个甚至更窄的可能性范围,他们的理论必须符合我们所看到的,”Gusinskaia补充说。“此外,我们在太阳系和其他脉冲星内的最佳重力测试精度提高了大约10倍。”

这项新研究于7月4日在线发表在“自然 ” 杂志上。


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