爱因斯坦的万有引力理论是否仍然适用

我们计算了一个极端银河时钟的 200 亿个滴答声，这就是我们发现的

100 多年来，阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论一直是我们对万有引力如何作用于整个宇宙的最佳描述。

广义相对论不仅非常准确，而且向任何天体物理学家询问该理论，他们可能还会将其描述为美丽但它也有阴暗面:与我们的另一个伟大物理理论量子力学存在根本冲突

广义相对论在宇宙的大尺度上运行得非常好，但量子力学统治着原子和基本粒子的微观领域为了解决这场冲突，我们需要看到广义相对论被推向了极限:极强的引力在小尺度上起作用

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我们研究了一对称为双脉冲星的恒星，它提供了这种情况经过 16 年的观察，我们没有发现爱因斯坦的理论有任何裂痕

脉冲星:大自然的重力实验室

2003 年，位于新南威尔士州穆里扬的 CSIRO 帕克斯射电望远镜的天文学家在2，400 光年外发现了一个双脉冲星系统，它为在极端条件下研究广义相对论提供了绝佳机会。

要了解是什么让这个系统如此特别，请想象一颗重量是地球的 500，000 倍但只有 20 公里宽的恒星这颗超致密的中子星每秒自转 50 次，发射出一束强烈的无线电波，我们的望远镜在每次扫过地球时都会将其记录为微弱的光点银河系中有超过 3，000 颗这样的脉冲星，但这颗是独一无二的，因为它每 2.5 小时绕着一颗类似极端伴星的轨道旋转一次

根据广义相对论，双脉冲星系统中的巨大加速度会拉紧时空结构，以光速发送引力涟漪，从而慢慢削弱轨道能量系统。

这种缓慢的能量损失使恒星的轨道越来越靠近在 8500 万年的时间里，它们注定要合并成壮观的宇宙堆积，这将用大量的贵金属丰富周围的环境

艺术家对双脉冲星系统及其对时空影响的印象时空曲率在脉冲星附近最高当它们彼此绕轨道运行时，这些变形以重力波的形式以光速传播，带走轨道能量通过计算每次无线电发射脉冲束扫过地球的时间，我们可以追踪缓慢缩小的轨道

我们可以通过非常仔细地研究脉冲星的闪烁来观察这种能量损失每颗恒星都像一个巨大的时钟，由其巨大的质量精确地稳定，伴随着它的无线电光束扫过时的每一次旋转滴答作响

使用星星作为时钟

与德国马克斯普朗克射电天文研究所的迈克尔克莱默领导的国际天文学家团队合作，我们使用这种脉冲星计时技术来研究双脉冲星自发现以来。

加上来自世界各地其他五个射电望远镜的数据，我们模拟了 16 年期间超过 200 亿个这些时钟滴答的精确到达时间。

Parkes 直径 64 米的射电望远镜位于澳大利亚新南威尔士州中部，用于观察脉冲无线电发射。肖恩艾米/CSIRO

为了完成我们的模型，我们需要确切地知道双脉冲星离地球有多远为了解决这个问题，我们求助于一个由十个射电望远镜组成的全球网络，称为超长基线阵列

VLBA 具有如此高的分辨率，它可以在 10 公里外发现一根头发！使用它，我们每年都能观察到双脉冲星表观位置的微小摆动，这是地球绕太阳运动的结果。

而且由于摆动的大小取决于到源的距离，我们可以证明该系统距离地球 2，400 光年这提供了我们测试爱因斯坦所需的最后一块拼图

在我们的数据中找到爱因斯坦的指纹

结合这些艰苦的测量，我们可以精确地跟踪每个脉冲星的轨道我们的基准是艾萨克牛顿更简单的引力模型，它比爱因斯坦早了几个世纪:每一次偏差都提供了另一个测试

这些后牛顿效应——在考虑苹果从树上掉下来时微不足道，但在更极端的条件下却很明显——可以与广义相对论和其他引力理论的预测进行比较。

这些影响之一是由于上述引力波造成的能量损失另一个是 Lense—Thirring 效应或相对论框架拖动，其中旋转的脉冲星在移动时将时空本身与它们一起拖动

我们总共检测到七种后牛顿效应，其中包括一些以前从未见过的效应它们一起提供了迄今为止在强引力场中对广义相对论的最佳测试

经过漫长的 16 年，我们的观察结果证明与爱因斯坦的广义相对论惊人地一致，将爱因斯坦的预测匹配到 99.99% 以内。IT之家了解到，原件在1996年被拍卖，然后在2002年被法国Aristophil公司以大约50万美元的价格与其他爱因斯坦论文一起收购。。自 1915 年以来提出的数十种其他引力理论中，没有一个能更好地描述双脉冲星的运动！

借助更大，更灵敏的射电望远镜和新的分析技术，我们可以继续使用双脉冲星研究引力 8500 万年可是，最终，这两颗恒星将螺旋在一起并合并