在中子星引力場檢驗「時空彎曲」理論

如果某種探索者「有幸」生活在中子星的表面，那麼科學家給出了「不幸」的回答：在一顆新發現的中子星的引力場中，這位探索者的身體所佔的空間體積為一立方英寸、或2.54立方厘米，他或她幾乎從我們的視線中消失。新發現的中子星處於一個雙星系，被命名為PSRJ0348 0432中子星距離地球為7000光年。中子星的極端密度不是其最不尋常的特性，PSRJ0348 0432的質量大約為太陽的兩倍，「嚴嚴實實」包裹的中子星的直徑小於13英里、或小於20.92公里，旋轉的速度為每秒25圈，它釋放了穩定的、可以被探測的射電脈衝。

中子星PSRJ0348 0432、或中子星0432擁有一顆伴星，一顆白矮星在它的周圍繞轉，白矮星是死亡恆星發生爆炸後留下的遺骸，白矮星和中子星在相互轉動中形成雙星系，它們的轉動周期為144分鐘。天文學家觀測到中子星時在大腦醞釀了一個主意：脈衝星、或中子星極端的引力場將引起這對雙星的相互靠近。物理學家可以預測雙星靠近、甚至發生碰撞的速率，阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論構成了雙星系運動的基礎。除了廣義相對論，其它的理論可以應用於極端的引力場，當我們的物理思維深入到量子物理的領域，宏觀現象的引力規律就會失效，或相對論對引力的描述不適用於在量子世界。

位於德國波恩的馬克斯·普朗克射電天文學研究所的約翰·安東尼阿迪斯認為，有很多理論解釋了極端條件下的物質運動規律。對極端物理學認知的關鍵之處在於，如何實現對極端條件的精確測量。科學家能夠證明，愛因斯坦預測的引力作用符合對極端物理條件的測量結果。從雙星系發出的引力波將中子星的引力量傳播到太空，中子星能量的損失必然導致雙星系軌道周期的逐漸減緩，科學團隊計算的結果顯示：包含中子星的雙星系軌道周期每年衰減了百萬分之八秒，《科學》發表了天文團隊的研究成果。

加拿大蒙特利爾的麥吉爾大學的天文學家萊恩·林奇認為，了解高度精確的脈衝星和白矮星的質量數據非常關鍵，質量在廣義相對論和其它引力理論中必須是已知量，將天體的質量數據寫入相關的數學方式式，根據計算的結果來預測軌道衰減的程度。除了理論計算的公式，天文學家需要獲得一種精確測量天體軌道周期的方法，他們嘗試將脈衝星看成是一個精確的時鐘。將理論模型和「中子星時鐘」的諸多因素綜合考慮，中子星J0432不失為一個強有力的計時工具和計算對象。

通過繼續觀測中子星J0432和它所在的雙星系，科學團隊希望獲得關於它如何形成的更多信息，中子星形成目前的狀態，它的存在時間估計有20億年。科學團隊希望搜索更多極端條件的天體對象，以此檢驗愛因斯坦的廣義相對論，他們設定了一種觀測的理想目標，在浩淼無邊的太空尋找一個特別的雙星系：一顆中子星和一個黑洞相互繞轉。黑洞的密度通常比中子星高得多，黑洞的引力場比中子星更為強大，甚至運動速度最快的光子無法脫離黑洞引力的拖動。科學家期待以非常細節的數據來檢測黑洞的特性，以此判斷黑洞和伴星的屬性是否符合愛因斯坦引力理論的預測。

中子星J0432表面重力的強度為地球表面的3000億倍，在中子星的中心區域，1億噸的物質被壓縮到「一塊方塊糖」的體積。廣義相對論通過了迄今為止幾乎所有的天體檢驗，一些經典的案例寫進了教科書。 科學家尋找宇宙最為極端的天體場所，如果相對論的物理規律不能適用，那麼他們找到了探測一種新物理學規律的理由。馬克斯·普朗克研究所的保羅·弗萊雷博士表示，中子星J0432的極端密度提供了驗證廣義相對論的極佳場合，「愛因斯坦對了」，他的理論預測與檢測結果非常吻合。

愛因斯坦在1915年提出了廣義相對論，這是他物理學生涯中最偉大的貢獻，如果沒有愛因斯坦，其他的物理學家或早或晚也會提出狹義相對論，而廣義相對論是愛因斯坦提出的最獨特的理論，該理論解釋了質量對時空結構的影響，「時空彎曲」表現為引力。狹義相對論解釋了光、或電磁波的性質，廣義相對論擴展了狹義相對論的應用範圍。馬克斯·普朗克研究所的安東尼阿迪斯和他的同事測定了中子星J0432和它的伴星——白矮星的軌道衰減周圍。引力波的釋放帶來了能量的損失、或「引力輻射」引起了雙星系軌道的衰減，科學團隊以廣義相對論為理論工具確定了衰減的速率。在廣義相對論發表後近一百年的時間，科學家使用了最好的檢驗儀器，至今沒有探測到引力波的存在，一些科學家猜測，引力波信號也許「埋藏」在量子噪音中，它們躲避了探測器的搜索。尋找引力波的存在能夠證實愛因斯坦的預測，研發下一代引力波探測器成為了科學家的重要使命。

（編譯：2013-4-27）

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