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愛因斯坦理論再度被驗證正確

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在此圖中,顯示了一個脈衝星(PSR J0337-1715)和兩個白矮星伴星。綠色網格顯示了由不同質量引起的時空彎曲。(三個分量的大小和距離非真正比例。)

【新三才首發】物理學家再一次證實了愛因斯坦關於重力的核心思想之一,這次是藉助中子星在太空中閃爍而來的。

新的實驗使舊觀念更加確定:重物和輕物會以相同的速度下落。愛因斯坦不是第一個意識到這一點的人。伽利略(Galileo Galilei)在16世紀通過在比薩斜塔丟下物體來證明這一原理。這個想法最早出現在12世紀哲學家 阿布·巴拉克特·巴格達(Abu’l-Barakātal-Baghdādī)的著作中。這個概念最終進入了艾薩克·牛頓的物理學模型,然後成為愛因斯坦的廣義相對論,作為引力「強等價原理」(SEP)。這項新的實驗使用一顆下降的中子星,而比以往任何時候都更精確地證明了SEP的正確。

SEP似乎很長一段時間都是正確的。您可能已經看過這段錄像,關於阿波羅(Apollo)宇航員在月球真空中將羽毛和錘子落下的情況,表明物體在月球重力下降的速度相同。

但是加拿大阿爾伯塔大學的天體物理學家莎倫·莫辛克(Sharon Morsink)表示,在地球、月球或太陽等相對較弱的引力場中進行的小型測試並不能真正驗證SEP的正確性。

「在某種程度上,大多數物理學家都認為愛因斯坦的引力論(稱為廣義相對論)是正確的。但是,這種信念主要是基於對在弱引力空間區域中發生的現象的觀察,而愛因斯坦的引力論則是旨在解釋在非常強的引力場附近發生的現象。」「中子星和黑洞是已知引力場最強的物體,因此,涉及這些物體的任何引力測試都將真正檢驗愛因斯坦引力理論的核心。」

中子星是死星的坍塌核心。它們非常緻密,但密度不足以形成黑洞,它們可以將比我們太陽大的質量塞入幾英里寬的旋轉球體中。

研究人員專注於一種稱為脈衝星的中子星,從地球的角度看,它在旋轉時似乎在閃爍。該閃爍是由於恆星表面上的一個亮點以每秒366次旋轉的速度旋轉的結果。這種旋轉足夠規律來計算時間。

這個脈衝星被稱為J0337 + 1715,即使在脈衝星中也很特殊:它被鎖定在一個緊密的雙星軌道中,帶有一個白色矮星。兩顆恆星繞著第三顆恆星繞行時彼此繞轉,第三顆恆星也是白矮星,就像地球和月亮繞著太陽繞圈時一樣。

(研究人員已經表明,對於我們的太陽系中的這種軌道,SEP是正確的:測量表明,地球和月球受到太陽引力的影響程度完全相同。)

由於J0337 + 1715本身的精確計時,再加上與兩個白矮星產生的兩個引力場的關係,為天文學家提供了一次檢驗這一原理的獨特機會。

脈衝星比系統中的其他兩顆恆星重得多。但是當兩顆恆星朝脈衝星接近時,脈衝星其實也會稍微朝著這個恆星靠近。(同樣的事情發生在你和地球上。當你跳躍時,你會非常迅速地向著地球墜落。但是,由於你自己的微小引力,地球也同樣向著你靠近一些。)由於J0337 + 1715可以精確的計時,地球上的天文學家就可以追踪兩顆星的引力場如何影響脈衝星的周期。

這份新論文於6月10日發表在《天文學與天體物理學》雜誌網站上,表明該系統中的物體的行為符合愛因斯坦的理論預測,或者至少與愛因斯坦的預測相差不超過百萬分之1.8。那是他們望遠鏡數據分析精度的絕對極限。他們報告說對他們的發現有95%的信心。

愛因斯坦對宇宙的大多數關鍵見解始於自由落體的普遍性。因此,以這種方式,廣義相對論的基礎變得更加強大。

(編譯:王明真)

(責任編輯:姜啟明)

(文章來源:新三才首發)

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