廣義相對論通過最嚴苛的測試,誤差不超過百萬分之三!

廣義相對論通過最嚴苛的測試,誤差不超過百萬分之三!

根據發表在《自然》(Nature)雜誌上的一項研究,一個由天文學家組成的國際研究小組對阿爾伯特•愛因斯坦著名的廣義相對論(GR)進行了一項新的測試,結果發現,即使在極端的引力環境下,廣義相對論也同樣有效。

愛因斯坦在1915年發表了開創性的引力理論——廣義相對論,描述了引力的性質,到目前為止它已經被世界各地的科學家多次測試過。然而,儘管廣義相對論已經通過了絕大部分的測試,但一些物理學家假設,在某些情況下,廣義相對論可能會失效,而其他引力理論發揮作用,例如,在極端引力的情況下。

因此,為了在極端引力條件下測試廣義相對論,天文學家對一個名為PSR J0337+1715的三合星系統進行了觀測。該三合星系統距離地球4200光年,於2014年被這次進行測試的天文學家發現。

廣義相對論通過最嚴苛的測試,誤差不超過百萬分之三!

​PSR J0337+1715比較特殊,它由兩顆白矮星和一顆中子星組成,三顆組成恆星均是死亡恆星。白矮星是體積小、密度大的死亡恆星,它們的尺寸與地球大小相當,但質量更接近太陽。中子星則要比白矮星的體積更小,密度更大。

PSR J0337+1715中的中子星被稱為脈衝星,這是一種高度磁化、快速旋轉的中子星,它會發射電磁輻射束穿過太空,就像宇宙中的燈塔。這些光束可以在地球上被探測到,脈衝週期十分穩定。

天文學家利用綠岸射電望遠鏡、阿雷西博天文臺和韋斯特博克綜合射電望遠鏡,對這個恆星系統進行了長達6年的追蹤研究。

廣義相對論通過最嚴苛的測試,誤差不超過百萬分之三!

在這個系統中,中子星和一顆白矮星互相環繞,而第二顆白矮星圍繞著這兩顆死亡恆星運行。通過追蹤這三顆恆星,科學家想要弄清楚中子星和內層白矮星是否受到外層白矮星引力的不同影響。然而,科學家發現幾乎沒有可察覺的差異,這表明廣義相對論準確地描述了這種情況,就意味著不需要其他的引力理論。

該研究的作者之一,來自阿姆斯特丹大學的天文學家Nina Gusinskaia表示,如果有差異的話,它不超過百萬分之三。對於其他替代引力理論,它們的理論預言差異要比這個更小才能超過廣義相對論。

廣義相對論通過最嚴苛的測試,誤差不超過百萬分之三!

該研究的另一作者,英國哥倫比亞大學的天文學家Ingrid Stairs表示,科學家還需繼續測試廣義相對論。到目前為止,天文學家對愛因斯坦相對論的每一次測試,其結果都是一致的。但是天文學家一直堅持尋找與相對論背離的事物,因為這可能幫助我們理解如何用同樣的數學語言來描述引力和量子力學。

事實上,在此之前不久,愛因斯坦的廣義相對論得到了一個前所未有的驗證。最近發表在《科學》(Science)雜誌上的一項研究也對廣義相對論進行了測試,證實甚至在遙遠的星系中,這個引力理論也能起作用,這是以前從未證明過的。


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