宇宙版比萨斜塔实验，证明爱因斯坦相对论对极端天体同样适用

新智元报道

编辑：梦佳、白峰，元子

【新智元导读】在比萨斜塔上同时扔下两个中子星，会同时落地吗？科学家们使用射电望远镜测量中子星如何绕着两颗白矮星运行，这个系统与地球和月球如何绕着太阳运行类似。通过比较这两个星体的速度、运动和质量，结果表明，这三颗恒星都以同样的方式受到其重力场的影响。爱因斯坦又对了！

爱因斯坦的相对论又被证实了！

在比萨斜塔上同时扔下两个中子星，会同时落地吗？

答案是：Yes。

最近，天文学家们利用射电望远镜准确地观测到了脉冲星（中子星的一种）产生的信号，以此来检验爱因斯坦的引力理论，对这些极端天体依然有效。

中子星顾名思义，就是没有电子的巨大原子核，直径一般10至30公里，密度超高，表面重力超过1×1012 m/s²，最高可达到7×1012 m/s²。

想象一下，假设你的体重是60公斤，那么在中子星上的重量，最低都要60000亿公斤，而最高可达420000亿公斤！它的压力和引力之强，宇宙中只有黑洞能超越它。

研究小组利用位于法国索洛涅市中心的 Nançay 大型射电望远镜记录分析了脉冲星「PSR J0337 + 1715」的信号。

脉冲星 PSR J0337 + 1715是一颗中子星，其核心的质量是太阳的1.44倍，坍缩后是一个直径只有25公里的球体。

这项发现发表在6月10日的《天文与天体物理学报Astronomy and Astrophysics》上，证明了自由落体原理的普适性是正确的。

这些测量数据由曼彻斯特大学、巴黎天文台ー 法国 CNRS 和 LPC2E (法国奥尔兰斯)以及马克斯普朗克电波天文研究所等合作记录下来。

这颗脉冲星围绕着两颗白矮星旋转，其中一颗白矮星围绕脉冲星旋转的周期只有1.6天，它与脉冲星的距离约为水星与太阳距离的1/10。这个双星系统有点像太阳系中的地球和月球，与第三颗星一起运行，这颗星质量约为太阳的40%，他们之间的距离略远于地月系统与太阳之间的距离。

通过比较这些天体的速度、运动和质量，这项测试，其实就是著名的15世纪伽利略比萨斜塔实验，只不过是美化了的宇宙版！结果显示，这三颗恒星都以同样的方式受到其重力场的影响。

结论得出，自由落体原理具有普适性，从而进一步证明了爱因斯坦的相对论。

自由落体原理的普适性指出，落入引力场中的两个物体，不论其构成如何，都会经历同样的加速度。伽利略率先证明了这一点，他将不同质量的物体从比萨斜塔顶部抛下，同时落地，不分先后。

证明自由落体普适性的关键在于加速度是否保持不变

首先我们来看一个理论物理中的概念，等效原理。

等效原理是广义相对论的基石，也是一种普适性原理。这里所说「普适性」，是指不同质量、不同材料的物体在任意尺度（如宏观、微观）、状态（如内部静止或转动）下，用不同的研究方法测量都应该是成立的。

根据等效原理，落入引力场中的两个物体受到完全相同的加速度，而与物体本身的组成无关。理论物理学家认为，像中子星这样自身拥有强大引力场的物体也不例外，不管它引力有多大，物体在中子星的引力场中做自由落地运动时加速度是不变的。

所以，证明自由落体普适性的关键就在于，像中子星这样的极端引力情况下，两个不同成分的天体，在中子星的引力场中下落的加速度是否相同？

即使在极端引力情况下，相对论也完美契合，爱因斯坦又对了！

430多年前，伽利略站在在比萨斜塔上，扔下了两颗改变后世物理学的铁球。不仅打破了数千年来人类对权威人物的盲目信任，也为后世物理学开创了基业。

伽利略用两颗铁球证明了自由落体，接下来，爱因斯坦用相对论将自由落体理论扩展到了宇宙中所有的物体中。

回头想想，被错误的理论误导了几千年的人类，真正开始建立起科学的求真、求证精神，才不过几百年而已！然而，当我们一旦走上了一条正确的道路，前进的步伐就陡然加快了。

此刻应该有掌声。

如今，大众普遍接受了爱因斯坦的相对论，它顺利的通过了实验室和太阳系其他地方的所有测试。但科学家们想知道，这个原理是否也适用于具有极端引力的物体呢？

而这次科学家进行的新脉冲星实验，虽然远不如马斯克送人上天那么抓人眼球，但它的意义却非同寻常。它证实了即使在极端引力的情况下，爱因斯坦也是对的！本次实验填补了太阳系测试中的一片巨大空白，成为爱因斯坦的相对论正确性的铁证。