脈衝星驗證了廣義相對論的強等效原理
迄今為止，愛因斯坦的廣義相對論依然是有史以來最為成功的理論之一，但這並不意味著它就是最終的真理——或者說科學家應該停止去挑戰它。每一次，理論通過科學家的驗證時，我們都能從中獲取一點宇宙的奧秘。
2012年，新髮型的星系被人們當作最新的試金石。現在，一個國際合作研究團隊再一次證明，我們的宇宙到現在為止都遵循著愛因斯坦的理論。
被稱為PSR J0337 + 1715的脈衝星，位於金牛座，據地球大約4200光年，具有極不尋常的軌道。它和兩顆白矮星組成了一個三星系統，可以幫助物理學家檢驗廣義相對論的預言——等效原理。該原理認為，引力會以相同的速率加速所有物體，不論其密度和成分如何。
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這是一個十分著名的概念，很多受過基礎教育的孩子都應該聽說過伽利略的比薩斜塔兩個鐵球的實驗。雖然現在歷史學家大多認為它是思想實驗，並沒有真的發生。但是，我們可以確定地說，伽利略確實發現滑下同一斜坡的物體，都具有相同的加速度。
利用艾薩克·牛頓的萬有引力定律中的符號化和公式化推導，我們知道，由於引力造成的物體加速與物體的質量本身無關。
1971年，宇航員戴夫·斯科特(Dave Scott)站在月球上同時鬆手放下了一把鎚子和一根羽毛，因為沒有空氣阻力來減緩羽毛，兩個物品以相同的速度落到月球表面。這成為了歷史上最有名的一段視頻錄像。
好的，回到PSR J0337 + 1715。先前的測試已經成功地證明了弱等效原理。但是，根據廣義相對論，面對極端龐大的質量會將自身壓縮，轉變成能量，而這部分能量也會受到引力場的作用，至少按照相對論應該如此。
這也是廣義相對論最為奇特的地方。
「除了廣義相對論，其他任何重力理論在試圖包容強等效原理上都是具有瑕疵的。」美國國家射電天文台研究員Scott Ransom在去年7月對《新科學人》雜誌說。
三星系統中有兩顆是白矮星，它們是紅巨星坍塌後留下的、非常緻密灼熱的、恆星核心殘餘物。
第三個是脈衝星，一種高速旋轉、密度極高的中子星。當它圍繞軸心自轉時，就像一座巨大的宇宙燈塔，以令人難以置信的精確性向外輻射電磁脈衝。它比周圍的白矮星要重得多。
因為中子星的脈衝非常規則——兩次脈衝之間的間隔僅為2.73毫秒——天文學家可以通過記錄脈衝的變化來精確測量其軌道。如果兩次輻射的間隔發生了變化，那就意味著中子星正在與地球發生相對運動。
我們就是據此發現的白矮星。三個星體相互牽引，使脈衝星的軌道傾斜。中子星和其中一顆白矮星相互靠得很近，而另一顆白矮星則相對邊緣。
根據強等效原理，在引力場中，哪怕像是中子星或黑洞這樣的極大質量物體的「下落」速度，與通常物體應該沒有分別。
如果你認為中子星是鎚子，而白矮星是斯科特示範時的羽毛，那麼對於一個強等效原理測試來說，這是一個體面的模擬。所有的三個天體都在彼此的引力場中「墜落」。
如果脈衝星比內側的白矮星向外部的白矮星方向移動得更快，那麼它的軌道會變得更加橢圓。
事實證明，這並沒有發生。
內側的白矮星和脈衝星具有一致的加速度，誤差在0.016%以內——在史詩般宏大的尺度上向我們宣示，愛因斯坦是靠得住的。
本月初在美國天文學會第231次會議上，該團隊向同行們介紹了他們的成果。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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