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引力場 愛因斯坦的預(yù)言又對了一次，遙遠的中子星提供了強有力的證據(jù)

愛因斯坦在1905年提出的“狹義相對論”，一舉解決了牛頓經(jīng)典力學(xué)和麥克斯韋電磁學(xué)之間的矛盾，為現(xiàn)代物理學(xué)奠定了堅實的基礎(chǔ)。然而美中不足的是，“狹義相對論”并不適用于萬有引力，為了解決這個問題，愛因斯坦又花了整整10年的時間，終于完成了“廣義相對論”。
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【 引力場|愛因斯坦的預(yù)言又對了一次，遙遠的中子星提供了強有力的證據(jù)】愛因斯坦在“廣義相對論”中指出，一切具有質(zhì)量的物體都會讓它周圍的時空發(fā)生彎曲，一個物體的質(zhì)量越大，它周圍時空的彎曲程度就越高，在這種彎曲的時空里，物體將會沿著測地線進行運動。下面我們來看一個例子。
引力場 愛因斯坦的預(yù)言又對了一次，遙遠的中子星提供了強有力的證據(jù)
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如上圖所示，地球在被太陽彎曲的時空里沿著測地線運動，這看上去就像是地球被來自太陽的力吸引一樣，但事實上，這種現(xiàn)象的本質(zhì)卻是時空彎曲的表現(xiàn)（注：因為我們無法描繪出四維時空是如何彎曲的，所以上圖所表示的情況其實是減少了一個維度的效果）。那么這種時空彎曲與物體運動之間具體是什么關(guān)系呢？對此，愛因斯坦給出了著名的“愛因斯坦引力場方程”（如下圖所示）。
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簡單地講，該方程的左邊表示的是時空的彎曲情況，右邊表示的則是物質(zhì)及其運動狀態(tài)，愛因斯坦預(yù)言，宇宙萬物都應(yīng)該按照著這個規(guī)律來運行（“廣義相對論”中的“廣義”二字，也就是來自于此）。需要注意的是，雖然在過去的日子里愛因斯坦的預(yù)言已經(jīng)被多次證實，但嚴謹?shù)目茖W(xué)家們并不滿足于此，他們一直試圖尋找更加強有力的證據(jù)，比如說在一些極端的情況下驗證“廣義相對論”的準確性。
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在宇宙中，中子星是我們已知的密度僅次于黑洞的一種天體，如果把太陽壓縮成中子星的密度，那么太陽的半徑將從70萬公里縮小為10公里左右。高度致密的中子星會表現(xiàn)出非常強大的引力場，根據(jù)理論計算，中子星表面的逃逸速度最高可以達到光速的一半（每秒鐘15萬公里），如果我們在距離中子星表面1米處，讓一個初速度為零的物體做自由落體運動，那么當(dāng)這個物體落在中子星上時，其速度就可以達到每小時大約100萬公里。
很顯然，中子星的極端引力場是驗證愛因斯坦的預(yù)言的理想目標，于是一個由曼徹斯特大學(xué)的天體物理學(xué)家紀洛姆.瓦贊博士（Dr. Gillaume Voisin）領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊就將目光投向了一顆遙遠的中子星。這顆中子星位于金牛座，距離我們大約4200光年，屬于一個名為“PSR J0337 + 1715”的三合星系統(tǒng)，除了這顆中子星之外，在“PSR J0337 + 1715”系統(tǒng)里的還存在著兩顆白矮星，其中的一顆與中子星做相互環(huán)繞的運動，而另一顆則遠遠地圍繞著它們運行。
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根據(jù)伊洛姆.瓦贊博士的介紹，之所以選擇這顆遙遠的中子星，是因為它是一顆高度磁化并且以極快速度旋轉(zhuǎn)的中子星（這種中子星被稱為脈沖星），觀測數(shù)據(jù)顯示，這顆中子星的旋轉(zhuǎn)速度可以達到每秒鐘366圈，每轉(zhuǎn)一圈，就會產(chǎn)生一道強大的射電脈沖，隨著這顆中子星位置的改變，到達到地球射電脈沖也會出現(xiàn)相應(yīng)的變化，通過對這種變化的精確測量，科學(xué)家們就可以準確地得到這顆中子星的相關(guān)狀態(tài)。
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驗證的方法很簡單，就是將實際觀測到的數(shù)據(jù)與“廣義相對論”所預(yù)言的情形進行對比，如果兩者符合就說明愛因斯坦的預(yù)言又對了一次，反之則表明愛因斯坦的理論存在著一定的缺陷，這甚至還有可能會導(dǎo)致整個“廣義相對論”大廈的倒塌。
經(jīng)過了長達6年時間的觀測，該研究團隊已經(jīng)收集到了足夠的數(shù)據(jù)，他們發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》期刊上的研究成果表明，這顆中子星的實際情況與“廣義相對論”所預(yù)言的情形之間的差異不超過百萬分之1.8（置信度為95％），這稱得上是“完美的契合”了。也就是說，愛因斯坦的預(yù)言又對了一次，這顆遙遠的中子星提供了強有力的證據(jù)。
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值得一提的是，自從問世以來，“廣義相對論”受了很多次考驗，但相關(guān)證據(jù)大多都在毫米尺度和太陽系尺度之間，而此次的研究成果則是來自于中子星的極端引力場，因此可以說，這個強有力的證據(jù)可以說是填補了一個巨大的空白，正因為如此才有人感嘆道：“想要證明愛因斯坦是錯誤的，恐怕是越來越難了。”

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