来自一项国际科学家合作研究记录了迄今为止对爱因斯坦广义相对论基石之一“自由落体普适性”的最准确确认。这项新的研究表明，该理论适用于中子星等强大引力天体。使用射电望远镜，科学家可以非常准确地观测到脉冲星（一种中子星）产生的信号，并测试爱因斯坦引力理论对这些极端天体的有效性。特别是，研究小组分析了一颗名为“PSR J0337+1715”的脉冲星信号。
这颗脉冲星是由位于法国索隆中心的南塞大型射电望远镜观测。自由落体原理的普适性表明：落入引力场中的两个物体受到完全相同的加速度，而与物体本身的组成无关。伽利略首先证明了这一点，他曾从比萨斜塔顶扔下不同质量的物体，以验证它们是否同时到达地面，这是出了名的，相信你也在我们中国相关教科书和科普书上看到过这个科学实验故事，这一原理也是爱因斯坦广义相对论的核心。
自由落体普适性
然而，量子力学和广义相对论之间的不一致性，或者暗物质和暗能量在宇宙构成中占据主导地位的谜题等一些暗示，让许多物理学家认为，广义相对论毕竟可能不是引力的终极理论。脉冲星J0337+1715是一颗中子星，其核心质量是太阳的1.44倍，已经坍塌成一个直径只有25公里的球体。对脉冲星J0337+1715的观测表明，它绕着两颗重力场弱得多的白矮星运行。在新发表在《天文学与天体物理学》期刊上的新研究结果，证明了自由落体原理普遍性是正确的。
领导这项研究的曼彻斯特大学的纪尧姆·沃辛博士说：脉冲星发出一束横扫太空的无线电波，每转一圈就会产生一道射电光，由南赛的射电望远镜高精度地记录下来，随着脉冲星在其轨道上运动，到达地球的光的时间会发生偏移。正是这些到达时间的精确测量和数学建模，精确到纳秒的精度，才能让科学家们以精细的精度推断出地球的运动。最重要的是，正是该系统的独特结构，类似于地球-月球-太阳系统。
有第二个伴星(扮演太阳的角色)存在，另外两颗恒星‘坠落’(轨道)，这使得研究人员能够在比萨塔楼上进行伽利略著名实验的恒星版本。两个不同成分的天体，在第三个天体引力场中以相同的加速度坠落。这些测量是由来自曼彻斯特大学、巴黎天文台-PSL、法国CNRS和LPC2E(法国奥尔良)以及马克斯·普朗克射电天文学研究所的一个合作小组记录。这颗脉冲星围绕着两颗白矮星运行，其中一颗仅用1.6天就绕脉冲星一周，距离脉冲星的距离约为水星与太阳距离的10倍。
男神爱因斯坦就是厉害
这个双星系统有点像太阳系中的地球和月球，与第三颗恒星一起运行，这是一颗质量为太阳40%的白矮星，位于略远于地月系统与太阳之间的距离。在太阳系中，月球激光测距实验已经证实，月球和地球都受到太阳引力场的相同影响，正如自由落体普遍性所预测的那样（轨道运动是一种形式的自由落体）。然而，众所周知，某些对普适性的偏离可能只发生在强大引力天体上，如中子星.即由于爱因斯坦著名的质能方程关系式E=mc^2，其质量明显由其自身引力能构成的物体。
研究团队进行的新脉冲星实验，填补了太阳系测试留下的空白，在太阳系内的测试中，没有任何天体是有中子星般的强大引力，甚至太阳也不例外，也太微弱。研究已经证明，脉冲星的极端引力场与广义相对论预测相差不能超过百万分之1.8(置信水平为95%)。这一结果最准确地证实了，即使在质量很大程度上是由其自身引力场决定的物体存在情况下，自由落体普适性也是有效的，从而进一步验证了我男神爱因斯坦的广义相对论。
博科园｜研究/来自：曼彻斯特大学
研究发表期刊《天文学与天体物理学》
DOI: 10.1051/0004-6361/202038104
发表于 2022-2-21 02:17
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