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虽然脉冲星在宇宙中非常常见
但已知的脉冲双星却只有一个
它们在空中相互环绕在一起
二零零四年
射电天文学家观察到了这颗脉冲星
对其进一步的观察检验了爱因斯坦的理论
这是迄今为止对该理论最精确的检验
脉冲双星非同凡响
已探明它们是由两颗相距约一千万千米的中子星组成的
这是个激烈的系统
该系统包含两颗恒星
每一颗都拥有与太阳相当的质量
却被压缩到一个城市的大小
它们每秒旋转数百次
之间的距离却仅为地月距离的三倍
对爱因斯坦理论的检验人员来说
脉冲双星的好处是
其中一个脉冲星发出的无线电波有时会非常接近另一个脉冲星
这意味着超规则的射电数通过了一个严重弯曲的时空区域
这引起了该射电数的传输延迟
因此
通过仔细测量这种传输延迟
就可以证明爱因斯坦的理论
脉冲双星还有一个优点
它们缠绕着运动
在空间中泛起涟漪
并向外传播出去
涟漪带走了双星的能量
致使他们旋转着慢慢收缩
这些涟漪被称为引力波
爱因斯坦的理论预测了他们的存在
牛顿的理论却不能
在一次伟大的科学实验中
天文学家同时利用澳大利亚的直径六十四米帕克斯望远镜
英国焦急班克的直径七十六米洛弗尔望远镜和美国西弗吉尼亚的直径一百米格林班克望远镜
测量了脉冲双星每天旋转收缩
互相靠近的距离
结果仅有七毫米
这与广义相对论的预测是一致的
这一成就令人惊叹
这两颗中子星距离地球两千光年
它们相距一百万千米
他们旋转着
又绕着彼此环绕
然而
他们的行为被精准的预测到了
精度在毫米量级
预测使用的理论是一九一五年提出的
那个提出这个理论的人想要理解三个世纪前比萨斜塔上的两块石块为什么同时掉在了地上
脉冲双星的测量太巧妙
也太深奥
但在地球上
我们就可以亲身体验到
广义相对论
它从普通的现象中显现出来
世界各地
全球卫星定位系统GPS无处不在
精确的爱因斯坦理论是其成功运行的关键
在两万千米的高空
由二十四颗卫星组成一个强大的网络
环绕着地球运行
每天
每颗卫星都会执行两个完整的电路过程
这些卫星采用精确的机在时钟
由三角定位法给地球上的物体进行定位
在高海拔轨道上
它们的时钟处在一个较弱的引力场中
因此
与地球上同样的时钟相比
星在时钟所处时空的扭曲程度不同
结果是
星在时钟每天快四十五每秒
除了重力效应外
卫星飞来飞去的速度也非常快
大约一点四万千米每小时
根据狭义相对论原理
时间膨胀将使时钟每天慢走七微秒
综合这两种效应的效果
时钟每天快走三十八微秒
这点时间并不算多
但忽略它
在几个小时内
GPS系统就会瘫痪
光在一纳秒内
也就是十亿分之一秒内传播大约三十厘米
每天三十八微秒
相当于每天超过十千米的位置偏差
这不利于精确导航
解决方法很简单
把卫星时钟每天调慢三十八微秒
这样导航系统的精度可以从千米提升到米的量级
GPS星在时钟比地面时钟走得快
利用本章的知识很容易理解这一点
事实上
时钟变快是等效原理的直接结果
接下来
我们回到一九五九年
去哈佛大学的实验室
了解它产生的原因
罗伯特
庞德和格伦
雷布卡设计了一个实验
他们将光从实验室顶部二十二点五米处投到地面
如果光也遵循等效原理
那么它落下时能量增加的百分比应该与任何其他物体能量增加的百分比完全相同
下面
我们需要知道光获得能量后会发生什么
也就是说
庞德和雷布卡在实验室的底部能看到什么
我们知道
光不能加速
它运动的速度已经达到宇宙上限速度
因此
光增加能量的方式只有一种
就是增加自己的频率
请记住
光可以被看作是一种波
有一连串的波峰和波谷
波就像向平静的池塘中投入一块石头后向外散去的水波一样
波的频率是指每秒经过某个特定点波峰或波谷的数量
这些波峰和波谷可以被当做时间的节拍
在庞德
雷布卡特殊的实验中
庞德在塔顶坐在光源一旁
他能数出自己心跳一次光通过的波峰数量
同样
雷布卡在地下室
坐在相同的光源旁
也能数出一次心跳通过的波峰数
因为光中相同
心脏也类似
他应该得到与同时相同的答案
好吧
必须承认
只有当他们的心脏完全一致时
得到的波峰的数量才会相等
现实中这是不可能的
但是为了讨论问题
方便我们假定他们确实有两颗心跳一致的心脏
接着
当光从庞德的光源发出
并抵达地下时
让我们看看坐在那里的雷布卡会看到什么
这个过程
光获得了能量
频率增加了
因此相对于身边的同样的光中光源
雷布卡发现了这束下落的光的频率更高
又因为下落的光与他伙伴的心跳是同步的
所以对雷布卡来说
庞德的心跳变快了
衰老也加快了
这种影响相当小
每一千三百万年才增加一秒
庞德和雷布卡成功的设计出了一个能检测出这种效应的实验
证明了他们想法的独特性
这种时间的加速效应正在GPS星
在时钟中发生着
相对于哈佛实验室的二十二点五米高度
卫星的海拔要比它高很多
但基本思想是一样的
引力场越弱
时钟行走的越快