來自一項國際科學(xué)家合作研究記錄了迄今為止對愛因斯坦廣義相對論基石之一“自由落體普適性”的最準確確認。這項新的研究表明，該理論適用于中子星等強大引力天體。使用射電望遠鏡，科學(xué)家可以非常準確地觀測到脈沖星（一種中子星）產(chǎn)生的信號，并測試愛因斯坦引力理論對這些極端天體的有效性。特別是，研究小組分析了一顆名為“PSR J0337+1715”的脈沖星信號。

這顆脈沖星是由位于法國索隆中心的南塞大型射電望遠鏡觀測。自由落體原理的普適性表明：落入引力場中的兩個物體受到完全相同的加速度，而與物體本身的組成無關(guān)。伽利略首先證明了這一點，他曾從比薩斜塔頂扔下不同質(zhì)量的物體，以驗證它們是否同時到達地面，這是出了名的，相信你也在我們中國相關(guān)教科書和科普書上看到過這個科學(xué)實驗故事，這一原理也是愛因斯坦廣義相對論的核心。

自由落體普適性

然而，量子力學(xué)和廣義相對論之間的不一致性，或者暗物質(zhì)和暗能量在宇宙構(gòu)成中占據(jù)主導(dǎo)地位的謎題等一些暗示，讓許多物理學(xué)家認為，廣義相對論畢竟可能不是引力的終極理論。脈沖星J0337+1715是一顆中子星，其核心質(zhì)量是太陽的1.44倍，已經(jīng)坍塌成一個直徑只有25公里的球體。對脈沖星J0337+1715的觀測表明，它繞著兩顆重力場弱得多的白矮星運行。在新發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上的新研究結(jié)果，證明了自由落體原理普遍性是正確的。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的曼徹斯特大學(xué)的紀堯姆·沃辛博士說：脈沖星發(fā)出一束橫掃太空的無線電波，每轉(zhuǎn)一圈就會產(chǎn)生一道射電光，由南賽的射電望遠鏡高精度地記錄下來，隨著脈沖星在其軌道上運動，到達地球的光的時間會發(fā)生偏移。正是這些到達時間的精確測量和數(shù)學(xué)建模，精確到納秒的精度，才能讓科學(xué)家們以精細的精度推斷出地球的運動。最重要的是，正是該系統(tǒng)的獨特結(jié)構(gòu)，類似于地球-月球-太陽系統(tǒng)。

有第二個伴星(扮演太陽的角色)存在，另外兩顆恒星‘墜落’(軌道)，這使得研究人員能夠在比薩塔樓上進行伽利略著名實驗的恒星版本。兩個不同成分的天體，在第三個天體引力場中以相同的加速度墜落。這些測量是由來自曼徹斯特大學(xué)、巴黎天文臺-PSL、法國CNRS和LPC2E(法國奧爾良)以及馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所的一個合作小組記錄。這顆脈沖星圍繞著兩顆白矮星運行，其中一顆僅用1.6天就繞脈沖星一周，距離脈沖星的距離約為水星與太陽距離的10倍。

男神愛因斯坦就是厲害

這個雙星系統(tǒng)有點像太陽系中的地球和月球，與第三顆恒星一起運行，這是一顆質(zhì)量為太陽40%的白矮星，位于略遠于地月系統(tǒng)與太陽之間的距離。在太陽系中，月球激光測距實驗已經(jīng)證實，月球和地球都受到太陽引力場的相同影響，正如自由落體普遍性所預(yù)測的那樣（軌道運動是一種形式的自由落體）。然而，眾所周知，某些對普適性的偏離可能只發(fā)生在強大引力天體上，如中子星.即由于愛因斯坦著名的質(zhì)能方程關(guān)系式E=mc^2，其質(zhì)量明顯由其自身引力能構(gòu)成的物體。

研究團隊進行的新脈沖星實驗，填補了太陽系測試留下的空白，在太陽系內(nèi)的測試中，沒有任何天體是有中子星般的強大引力，甚至太陽也不例外，也太微弱。研究已經(jīng)證明，脈沖星的極端引力場與廣義相對論預(yù)測相差不能超過百萬分之1.8(置信水平為95%)。這一結(jié)果最準確地證實了，即使在質(zhì)量很大程度上是由其自身引力場決定的物體存在情況下，自由落體普適性也是有效的，從而進一步驗證了我男神愛因斯坦的廣義相對論。