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爱因斯坦又对了！ 4200光年远的三星系统证实了他的引力理论

想证明爱因斯坦出错的路越来越艰难。构成广义相对论一个极关键的原则即等效原理（equivalence principle，EP），科学家至今都还在持续验证，只要找到推翻等效原理的证据，就等于推翻爱因斯坦。但不是现在，天文学家最近才在至今最严苛的条件下，宣布广义相对论又通过考验。

最近有关爱因斯坦理论的验证实验相当多，随着技术精进，后世天文学家得以从更大天文尺度来检测爱因斯坦的思想。

等效原理告诉我们，重力场中所有物体无论质量大小或成分差异，加速度都相同，科学家当然已在太阳系多次验证，最著名的实验莫过于 1971 年，NASA 太空人大卫‧史考特（David Scott）在月球同时丢下一根羽毛和一把锤子，两者同时击中月球表面（不过如果你在地球上做这个实验，锤子铁定比羽毛更快到达地面，因为羽毛受到大气另一个力更多影响：空气阻力）。

这一次，天文学家又做了一个实验，不过物体不再是小而美的锤子和羽毛，而是脉冲星和白矮星。

根据美国国家电波天文台，绿堤望远镜（GBT）于 2011 年时，从距离地球约 4，200 光年处发现三星系统 PSR J0337 + 1715，成员包含 2 颗白矮星及 1 颗超高密度脉冲星（一种中子星），脉冲星为伴星，与其中一颗白矮星每 1.6 天互绕一圈，两者每 327 天再绕行另一颗白矮星一圈。

自那时起，绿堤望远镜、荷兰 westerbork 电波望远镜（WSRT）以及波多黎各的阿雷西博天文台（一架单面口径电波望远镜）开始投入观察该系统长达 6 年，获取数据计算每个物体相对于另一个物体的移动方式，以测试在极端天体条件下，爱因斯坦理论持续成真，还是终于失效。

这段期间，各界更有不少声音等着这次实验推翻爱因斯坦，因为除广义相对论外的其他引力理论，都预测强等效原理会在某种尺度下失效。

于脉冲星旋转极其规律，可与地球最精确的原子钟相媲美，绿堤望远镜为世界最敏感的电波望远镜之一，精确得出该系统脉冲星每秒旋转 366 次；此外，这颗脉冲星直径只有 24 公里，却压缩了高达太阳 1.4 倍的质量，与脉冲星互相绕行的白矮星质量只有太阳 0.2 倍，大小却相当于地球。

简单来说，这两颗天体本质完全不同，但如果爱因斯坦和等效原理是对的，那么它们在另一颗白矮星的引力拉动下加速度应该相同，描述白矮星与脉冲星之间加速度差异的 Delta 参数也应该要等于 0；如果爱因斯坦错了，那么天文学家会看到互绕的白矮星和中子星之间产生某种摆动，两颗天体的轨道可能更偏向椭圆形。

终于，6 年观测结果表明，恭喜广义相对论又赢了，在大家拭目以待的眼光及极端条件测试下依然屹立不倒。分析显示，在测量不确定性范围内，两者加速度差异接近 0，或说在 95% 信赖区间内，Delta 值小于 0.0000026，误差幅度仅 30 米。

这发现立刻排除了几种替代理论，包括弦理论的某些解释。研究也证实了，广义相对论仍是目前理解宇宙的最合理方式，这份一世纪前写下的理论，可说是人类最难以置信的成就之一。

新论文已发表在《自然》（nature）期刊。