相對論是對的嗎？「坍縮恆星」證明了愛因斯坦理論的基礎

雖然愛因斯坦已經不在，但是相對論的影響源遠流長。阿爾伯特·愛因斯坦的相對論剛剛得到了科學家們的支持，他們研究了遙遠的三顆恆星，其中包括一顆坍縮的比太陽還重的中子星。阿爾伯特·愛因斯坦的相對論的一個重要部分依賴於自由落體的普遍性，這一原則規定自由落體中的所有物體都以相同的速度加速，不管它們的質量如何。這個原理可以在真空室中測試，在真空室中一塊磚和一塊羽毛會同時掉到地上。但是，這個原理是如何在具有強大自引力的天體上工作的呢，比如密度很大的中子星？

科學家的國際合作剛剛破解了這個難題，證實了自由落體在真正的宇宙尺度上的普遍性。本周發表在《天文學與天體物理學》雜誌上的一項新研究發現，自引力中子星的理論有很強的說服力，結果支持了愛因斯坦的強等價原理，這是廣義相對論的基石。中子星是巨星坍縮後的核心，在直徑約12至18英里(20至30公里)的區域內聚集了大量物質。

利用地球上的射電望遠鏡，科學家們觀測到了脈衝星，這是一顆旋轉的中子星，從它們的兩極發射出輻射束，以在實踐中檢驗愛因斯坦的引力理論。具體來說，科學家們使用法國索洛涅的南卡大型射電望遠鏡研究了脈衝星PSR J0337 1715，這顆中子星的核心是太陽的1.4倍，但直徑只有15英里(25公里)，這顆恆星由兩顆重力場更弱的白矮星環繞。一些科學家推測，像中子星這樣的重物體的存在可能違反自由落體的普遍性。

然而，通過追蹤這三顆恆星到納秒的位置，研究人員發現脈衝星和白矮星正以同樣的速度飛向第二顆白矮星。脈衝星發射的一束無線電波掃過太空，每轉一圈，就會產生一束射電光，南凱的射電望遠鏡就會高精度地記錄下來。當脈衝星在其軌道上運行時，光到達地球的時間會發生改變。這是精確的測量和數學模型，精確到納秒，這些時間的到達，使科學家能夠以極其精確的推斷恆星的運動。

最重要的是，該系統的獨特結構，類似於地球-月球-太陽系統中存在的第二個伴星，扮演著太陽的角色。實際上，科學家們發現脈衝星的極端重力場與廣義相對論的預測相差不超過180萬分之一。科學家們認為，這是迄今為止對自由落體普遍性最準確的證實。近400年前，義大利天文學家伽利略在比薩斜塔上拋出不同質量的物體時，就證明了這一原理。天文學家還發現，這一原理同樣適用於地球和月球，因為這兩個天體受到太陽重力場的影響是一樣的。

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