@ 2018.01.31 , 21:00
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脉冲星验证了广义相对论的强等效原理

迄今为止,爱因斯坦的广义相对论依然是有史以来最为成功的理论之一,但这并不意味着它就是最终的真理——或者说科学家应该停止去挑战它。每一次,理论通过科学家的验证时,我们都能从中获取一点宇宙的奥秘。

2012年,新发型的星系被人们当作最新的试金石。现在,一个国际合作研究团队再一次证明,我们的宇宙到现在为止都遵循着爱因斯坦的理论。

被称为PSR J0337 + 1715的脉冲星,位于金牛座,据地球大约4200光年,具有极不寻常的轨道。它和两颗白矮星组成了一个三星系统,可以帮助物理学家检验广义相对论的预言——等效原理。该原理认为,引力会以相同的速率加速所有物体,不论其密度和成分如何。

脉冲星验证了广义相对论的强等效原理
credit:123RF

这是一个十分著名的概念,很多受过基础教育的孩子都应该听说过伽利略的比萨斜塔两个铁球的实验。虽然现在历史学家大多认为它是思想实验,并没有真的发生。但是,我们可以确定地说,伽利略确实发现滑下同一斜坡的物体,都具有相同的加速度。

利用艾萨克·牛顿的万有引力定律中的符号化和公式化推导,我们知道,由于引力造成的物体加速与物体的质量本身无关。

1971年,宇航员戴夫·斯科特(Dave Scott)站在月球上同时松手放下了一把锤子和一根羽毛,因为没有空气阻力来减缓羽毛,两个物品以相同的速度落到月球表面。这成为了历史上最有名的一段视频录像。

好的,回到PSR J0337 + 1715。先前的测试已经成功地证明了弱等效原理。但是,根据广义相对论,面对极端庞大的质量会将自身压缩,转变成能量,而这部分能量也会受到引力场的作用,至少按照相对论应该如此。

这也是广义相对论最为奇特的地方。

“除了广义相对论,其他任何重力理论在试图包容强等效原理上都是具有瑕疵的。”美国国家射电天文台研究员Scott Ransom在去年7月对《新科学人》杂志说。

三星系统中有两颗是白矮星,它们是红巨星坍塌后留下的、非常致密灼热的、恒星核心残余物。

第三个是脉冲星,一种高速旋转、密度极高的中子星。当它围绕轴心自转时,就像一座巨大的宇宙灯塔,以令人难以置信的精确性向外辐射电磁脉冲。它比周围的白矮星要重得多。

因为中子星的脉冲非常规则——两次脉冲之间的间隔仅为2.73毫秒——天文学家可以通过记录脉冲的变化来精确测量其轨道。如果两次辐射的间隔发生了变化,那就意味着中子星正在与地球发生相对运动。

我们就是据此发现的白矮星。三个星体相互牵引,使脉冲星的轨道倾斜。中子星和其中一颗白矮星相互靠得很近,而另一颗白矮星则相对边缘。

根据强等效原理,在引力场中,哪怕像是中子星或黑洞这样的极大质量物体的“下落”速度,与通常物体应该没有分别。

如果你认为中子星是锤子,而白矮星是斯科特示范时的羽毛,那么对于一个强等效原理测试来说,这是一个体面的模拟。所有的三个天体都在彼此的引力场中“坠落”。

如果脉冲星比内侧的白矮星向外部的白矮星方向移动得更快,那么它的轨道会变得更加椭圆。

事实证明,这并没有发生。

内侧的白矮星和脉冲星具有一致的加速度,误差在0.016%以内——在史诗般宏大的尺度上向我们宣示,爱因斯坦是靠得住的。

本月初在美国天文学会第231次会议上,该团队向同行们介绍了他们的成果。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 16+1

  1. 小_黑
    @4 weeks ago
    3693409

    行星的新发型

  2. 小_黑
    @4 weeks ago
    3693410

    @小_黑: 不对,是是星系

  3. 黑猫
    @4 weeks ago
    3693425

    意思是人造卫星和地球之间以相同的速率靠近?

  4. bankichi
    @4 weeks ago
    3693436

    decent 翻译成相当好的。不是体面…

  5. cryengine3
    @4 weeks ago
    3693446

    星系: 刚换了发型,这帮小子又发现了……

  6. 3693469

    伽利略有没有在比萨斜塔扔铁球虽然有争议,但他当年否定“重的东西下落更快”所用的论证还是非常简单而巧妙的:按照亚里士多德的理论,重的东西下落得更快。一个8公斤的铁球应该比4公斤的铁球下落得快。那么把这两个铁球绑在一起会怎样呢?按理说4公斤的铁球会向上拉着8公斤,最终下落速度在二者之间,慢于8公斤的铁球。但另一方面,绑在一起就是12公斤的铁球,下落速度应该比8公斤或4公斤的更快。这样就出现矛盾。所以亚里士多德的说法是错的。

  7. cryengine3
    @4 weeks ago
    3693599

    @Pstnk: 高中物理必修一你就不必搬到这儿了

  8. Phosphorus
    @4 weeks ago
    3693698

    惯性质量和引力质量相等,相对论的重要假设

  9. 就是颓
    @4 weeks ago
    3693746

    据地球大约4200光年,具有极不寻常的轨道。它和两颗白矮星组成了一个三星系统,
    So 三体人向各位问好

  10. 3693812

    很好说明了什么叫黑粉。

  11. lymanQ
    @4 weeks ago
    3693823

    等等。。。苏联宇航员站在月球上?

  12. lymanQ
    @4 weeks ago
    3693825

    看错了。。。

  13. 3693835

    还可以再拜500年。

  14. 游客
    @4 weeks ago
    3693963

    @Pstnk: 单说这个论证更像一种诡辩,真是伽利略说的?

  15. 3694005

    @游客: 是真的,来自他1638年写的《论两种新科学及其数学演化》,原文是这么写的:

    “萨尔瓦地(书里的一个人物):但如果这是真的,假设一块大的石头以8的速度落下,而一块小的石头以4的速度落下,那么把他们连接在一起之后,系统会以低于8的速度落下。但另一方面,两块绑在一起的石头就变成了一块比原先那块大石头更大的石头。因此,更重的物体比轻的物体移动得还慢,这就和你前面的假设矛盾了。所以你瞧,根据你先前提出的重物体比轻物体落得更快的假设,我推导出重物体落得比轻物体慢的结论。”

  16. 紫色涩柿子
    @4 weeks ago
    3694323

    如果把一颗中子星和一跟羽毛同时松手,他们也会同时落地,这就是引力同速率加速原理

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