假如有某個探索者有幸生活在中子星的表面，那么科學(xué)家會給出不幸的答案，在一顆中子星的引力場環(huán)境，該探索者的身體占有的空間體積為一立方英寸或2.54立方厘米，人小到幾乎從人們的視線中消失?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆處于雙星系內(nèi)的中子星，該中子星被命名為PSRJ0348+0432，它與地球的距離為7000光年。不同尋常的中子星有極端的密度，PSRJ0348+0432的質(zhì)量大約是太陽的兩倍，它被嚴(yán)嚴(yán)實實地包裹在直徑小于13英里或20.92公里的球體中，自轉(zhuǎn)的速度為每秒25圈，該中子星釋放了穩(wěn)定和可以被探測的射電脈沖。

中子星PSRJ0348+0432或中子星0432有一顆伴星，一顆白矮星在其周圍旋轉(zhuǎn)，死亡恒星發(fā)生爆炸后留下了白矮星遺骸，白矮星和中子星相互繞轉(zhuǎn)，形成了雙星系，相互繞轉(zhuǎn)的周期為144分鐘。天文學(xué)家在觀測該中子星時在大腦中醞釀了一個想法，脈沖星或中子星的極端引力場使得雙星彼此靠近，天體物理學(xué)家可以預(yù)測雙星相互靠近甚至發(fā)生碰撞的速率。阿爾伯特·愛因斯坦構(gòu)建了廣義相對論，這是雙星系繞轉(zhuǎn)運動的理論基礎(chǔ)。除了廣義相對論以外，也有適用于極端引力場的其它理論，物理學(xué)家的思維深入到了量子物理領(lǐng)域，宏觀結(jié)構(gòu)的引力規(guī)律失效了，以相對論為基礎(chǔ)的引力理論在量子世界不再適用。

馬克斯·普朗克射電天文學(xué)研究所位于德國的波恩，研究所的約翰·安東尼阿迪斯解釋說，很多理論解釋了在極端條件下的物質(zhì)運動規(guī)律，極端物理學(xué)的一個關(guān)鍵點是實現(xiàn)在極端物理條件下的精確測量。科學(xué)家證明了愛因斯坦預(yù)測的引力作用適用于在極端物理條件下的測量結(jié)果。從雙星系的繞轉(zhuǎn)發(fā)出了引力波，中子星的引力能量被傳播到太空，中子星損失了能量，導(dǎo)致了雙星系軌道周期的逐漸減少，計算的結(jié)果顯示，包含了中子星的雙星系的軌道周期每年衰減百萬分之八秒，《科學(xué)》發(fā)表了科學(xué)團隊的計算結(jié)果。

麥吉爾大學(xué)位于加拿大的蒙特利爾，該大學(xué)的天文學(xué)家萊恩·林奇解釋說，對高精確性脈沖星和白矮星質(zhì)量的了解十分關(guān)鍵，在廣義相對論和其它的引力理論中，質(zhì)量是一個已知的物理量，天體質(zhì)量被帶進有關(guān)的數(shù)學(xué)方程式，可以根據(jù)計算結(jié)果預(yù)測雙星軌道的衰減程度。除了理論上的計算公式以外，天文學(xué)家掌握了精確測量天體軌道周期的方法，脈沖星被天文學(xué)家看成是精確的時鐘。綜合考慮理論模型和中子星時鐘的諸多因素，中子星J0432是一個理想的計時工具和用于計算的對象。

科學(xué)家將繼續(xù)觀測中子星J0432和它所在的雙星系，以此獲得有關(guān)中子星如何形成的更多信息，人們看到了中子星目前的狀態(tài)，但其存在的時間估計長達20億年?？茖W(xué)團隊將會搜索更多處于極端條件的天體對象，用以檢驗愛因斯坦的廣義相對論，他們設(shè)定了一個理想的觀測目標(biāo)，在浩瀚無邊的太空找到一個特別的雙星系，它由一顆中子星和一個黑洞組成。黑洞的密度一般遠高于中子星，黑洞引力場遠大于中子星引力場，自然物體中運動速度最快的光子也無法逃脫黑洞引力的吸引。關(guān)鍵是能夠獲得對黑洞特性進行檢驗的十分細節(jié)的數(shù)據(jù)，從中判斷黑洞和伴星的屬性是否適合愛因斯坦引力理論的預(yù)測。

中子星J0432的表面重力強度是地球表面重力強度的3000億倍，1億噸的物質(zhì)在中子星的中心區(qū)域內(nèi)被壓縮成“一塊方糖”的體積。在迄今為止幾乎所有的天體檢驗中，廣義相對論都被證明是正確的，有些經(jīng)典的實例寫進了教科書。科學(xué)家尋找宇宙中最為極端的天體環(huán)境，即使相對論物理的理論不再適用，他們也有了探測某種新物理學(xué)規(guī)律的機會。馬克斯·普朗克研究所的保羅·弗萊雷博士解釋說，中子星J0432有極端的密度，這是驗證廣義相對論的理想場所，“愛因斯坦對了”，廣義相對論的理論預(yù)測與這次檢驗的結(jié)果十分吻合。

愛因斯坦在1915年構(gòu)建了廣義相對論，這是他的物理學(xué)生涯中的最偉大貢獻，假如沒有愛因斯坦，那么其他物理學(xué)家或早或晚地將會建立狹義相對論，但廣義相對論是愛因斯坦構(gòu)建的最獨特的理論，成功地解釋了天體質(zhì)量對時空結(jié)構(gòu)的影響，引力實際上是時空彎曲的表現(xiàn)。狹義相對論解釋了光或電磁波的性質(zhì)，廣義相對論擴展了狹義相對論的應(yīng)用范圍。

馬克斯·普朗克研究所的研究員安東尼阿迪斯和他的同事測定了中子星J0432和它的伴星——白矮星的軌道衰減周期，引力波的釋放引起了能量的損失或“引力輻射”造成了雙星系軌道的衰減，科學(xué)團隊使用了廣義相對論的理論工具，確定了軌道衰減的速率。在廣義相對論發(fā)表之后的一百多年時間，天體物理學(xué)家使用了目前最好的檢測儀器，初步探測到了引力波的信號，有些科學(xué)家認(rèn)為引力波信號可能掩藏在量子噪音之中，躲避了先進探測器的檢測。引力波的發(fā)現(xiàn)證實了愛因斯坦的預(yù)測，研發(fā)新一代的引力波探測器是科學(xué)家目前的重要使命之一。

（編譯：2021-4-27）

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