检验爱因斯坦的理论

这样的领域就包括引力本身。爱因斯坦的广义相对论将引力描述为时空的扭曲，并且在那之后，这一理论预测已经经受住了一次又一次的实践检验。然而在脉冲星附近的超高密度物质以及超强引力场环境下，广义相对论是否仍然有效？要知道唯一能够在密度和引力强度上超越中子星的就只剩下黑洞了。而要想找出这个问题的答案，研究人员就必须对来自脉冲星的信号进行分析。

近期，赫塞尔斯所在的一个研究组发现了一个位于三星系统内的毫秒脉冲星。这个系统中除了这颗脉冲星之外，另外两个成员都是白矮星——同样是恒星爆发衰亡之后的遗骸，与中子星之间的差异就在于形成白矮星的恒星质量不如形成中子星的恒星质量那么大。这种奇异的组合提供了检验广义相对论的一个绝佳机会：等效原理。

等效原理是爱因斯坦广义相对论中的一项核心原则，其可以简单地表述为：引力对于任何人和任何事物都是等效的。或许其中最有名的案例便是1971年美国宇航员戴夫·斯科特(Dave Scott)在月面上利用一把锤子和羽毛进行的一项自由落体实验。实验的结果当然是这两者同时落到月面上，从而证明了月球引力作用对于这两个物体产生的作用是相同的。与之相似的，研究人员想要了解在这一特殊的三星系统内，其中一颗白矮星对脉冲星施加的引力作用是否与另外一颗白矮星对脉冲星施加的引力作用是相同的。目前这项研究工作还尚未开始进行，但他们表示一旦开展，这将是迄今对于等效原理最为精确的一次检验。

当然，到目前为止还没有任何实验结果表明爱因斯坦的理论是错误的。对于相对论最为有力的一项证明来自哈尔斯和泰勒两人发现的脉冲星双星系统，他们的观测进行时人们还尚未发现毫秒脉冲星，但那项观测证实了引力波的真实存在。不过哈尔斯和泰勒所做的那项观测仍然是间接的，他们只是通过对这两颗脉冲星轨道参数的测量，并进而推断出引力波的存在。时至今日，对引力波的直接探测仍然尚未成功。

不过，科学家们正在努力开展这方面的尝试，如在地面上建设了“极光干涉引力波观测台”(LIGO)，其设计目标是直接检测宇宙中由于中子星或黑洞相撞时可能产生的引力波信号。这一设施的第一阶段运行在2002年至2010年间进行，但结果是一无所获。但经过大规模升级之后，该设施即将在今年秋季开始第二阶段运行。

与此同时，一个国际合作的引力波探测项目也正在进行，他们将要借助的有力工具正是毫秒脉冲星。哈尔斯参与了这一项目，是该项目欧洲小组的成员，他表示：“基本的想法是将这些毫秒脉冲星充当星系级GPS系统”。当宇宙深处的引力波扫过地球时，地球将会发生轻微晃动，就像是漂浮在水面上的浮标随波上下起伏一样。这样的波动将会影响到脉冲星信号抵达地球的时间。

在过去的几年间，天文学家们一直在致力于升级他们的设备，不断提升对十几颗最佳“太空时钟”的计时精度测定值。他们希望这项研究将很快就能有所发现。因格里德·斯特尔斯(Ingrid Stairs)任职于加拿大不列颠哥伦比亚大学，是该国际项目北美小组的成员。他表示：“在未来5年左右的时间内，我们有足够的理由预期将可以借助这种方法探测到引力波信号。”

不过，斯特尔斯认为LIGO项目有可能在这方面领先于他们。但反过来说，LIGO的设计目标是探测数倍于太阳质量的中子星或黑洞相互合并时产生的引力波信号，而脉冲星方案所要探测的目标则是超大质量黑洞，即质量相当于太阳数百万乃至数十亿倍的超级黑洞之间相互碰撞时产生的引力波信号。因此，斯特尔斯指出：“这两个项目所针对的并非相同的探测目标，因此即便最终LIGO计划真的在我们之前探测到引力波信号，这也并不意味着我们的工作就失去了意义。”

但不管在这场引力波探测的竞赛中最终究竟是哪一方取胜，通过以上这些案例已经充分证明了毫秒脉冲星是我们理解一系列宇宙现象的有力工具。库卡尼表示：“它是大自然给与我们的馈赠。它是一座位于天宇之中，精密的物理学实验室。”人类在大约30多年前收到了这份大自然的礼物，即便在当时这个礼物似乎并不显得起眼，但对于现在的我们来说，这无疑是一份珍贵的厚礼。