爱因斯坦理论经历学界最严苛检验仍被证明成立

资料图：爱因斯坦

　　科学家们对爱因斯坦的引力理论进行了迄今为止真实世界中最严苛的检验──结果证明，理论仍然成立。

　　爱因斯坦的广义相对论称，拥有质量的物体会导致时空弯曲，即我们所理解的引力。根据爱因斯坦的相对论，时空是一个由时间和空间组成的四维结构。

　　例如，一个保龄球可以让床垫上出现一处凹陷，这个凹陷改变了同一床垫上一个原本做直线运动的弹子的轨迹。与之相似，太阳的质量扭曲了周围的时空。质量较小的物体，比如地球，在这个扭曲的空间中沿着一个路线运动，我们称之为轨道。

　　科学家们检测这个广义理论并不是因为他们觉得理论错了，而是因为他们肯定地认为这个理论不是最终的解释，就像牛顿的万有引力定律会被爱因斯坦的理论取代一样。

　　爱因斯坦的引力理论发表于近一个世纪之前，已经通过了迄今为止的所有检验。不过，科学家们一直在努力找出爱因斯坦的引力理论不再成立的精确条件，以及在哪个方面需要提出一个替代性的理论。例如，爱因斯坦的引力理论框架与量子理论相矛盾，量子理论解释了自然界在原子和亚原子水平上的运行规律。

　　这份研究报告发表在《科学》杂志上。德国马克斯·普朗克射电天文学研究所的天体物理学家、这份研究报告的作者之一弗莱雷说，以黑洞为例思考，爱因斯坦的理论预测无限强大的引力场和密度，这是荒谬的。

　　弗莱雷和他的同事把一个距地球7000光年的宇宙空间作为实验室，来检验爱因斯坦的理论。那里有两颗相互环绕的奇异星。

　　其中一颗奇异星是所谓的白矮星，它是一个质量轻得多的恒星的冷却遗迹。另一颗是每秒旋转25次的脉冲星。尽管这颗脉冲星的宽度只有12英里，其质量却是太阳的两倍。

　　苏格兰阿伯丁大学的理论物理学家查尔斯·王说，在如此小的空间里拥有如此大的质量，会产生非常大的引力。不过，查尔斯没有参与这项研究。

　　脉冲星表面的引力是地球的3000亿倍。那里的环境接近残酷、拥有无限能量的黑洞。黑洞连光线也能吞没。

　　弗莱雷说，爱因斯坦的理论从来没有在这样一个环境中被检验过。

　　脉冲星和白矮星释放出引力波，这个双星系统逐渐失去能量。因此，这两颗星会相互靠近，在轨道上运行的速度也更快。

　　根据爱因斯坦的理论，这两颗恒星的轨道周期（即他们相互环绕一周所需的时间）每年应该减少大约0.000008秒。

　　弗莱雷和他的同事们使用了几台望远镜对这个双星系统进行了精确的测量。他们得出的结果与基于爱因斯坦理论的预测完全吻合。

　　查尔斯·王说，尽管爱因斯坦的理论框架到目前为止仍然无懈可击，这项研究仍然很重要，因为天文学家的观察帮助发现了检测爱因斯坦引力理论的新的极端案例。

　　在爱因斯坦的理论发表后的第4年，这一理论在一次日食过程中首次被显著证实，他因此一下子成为了名人。在被问到如果他的理论被证明是错误的，他会作何感想时，爱因斯坦回答说：我会为上帝感到遗憾。这个理论是正确的。

中子星为广义相对论提供新证据（唐志强 李赢正）

　　德国马克斯·普朗克射电天文学研究所25日晚间发表声明说，它领衔的国际研究团队通过对宇宙中一颗中子星及其伴星的观测，验证了爱因斯坦广义相对论的内容。

　　这项研究以中子星PSR J0348＋0432及与之相伴的白矮星为对象，通过观测双星轨道周期的变化验证广义相对论。这颗中子星与其伴星相距83万公里，轨道周期为2.5小时。

　　按照爱因斯坦的广义相对论，双星相互绕转会发出引力波，导致能量损耗，使双星之间距离缩小、轨道周期缩短。

　　研究人员通过观察双星辐射变化，测得它们的质量，进而按广义相对论计算求得能量损耗及轨道周期变化。随后，研究人员借助全球最大的三个射电望远镜密切观察双星，通过辐射信号变化测得双星轨道周期的实际变化值。

　　“到2012年底，我们已经测得双星轨道周期变化值为每年8微秒。这与爱因斯坦理论的预期值完全吻合，”马普所科学家保罗·弗赖勒说。

　　“用广义相对论的语言来说，这是天文学家第一次精确研究具有如此强时空曲率物体的运动，”马普研究所在声明中说。理论天体物理学家诺贝特·韦克斯说，研究人员最兴奋的是，广义相对论对“如此极端的物体”仍然适用。

　　马普所认为，这项成果将为直接探测引力波的研究提供支持，也增加天文学家进一步验证广义相对论的信心。