广义相对论已击败前去打擂台的科学家——你以后愿意挑战吗？
广义相对论保持着傲然屹立的姿态。
艺术家的脉冲星想象图，包括环绕着高密度星体的极端磁场。（图像授权：NASA，美国国家航天局）
广义相对论迄今为止已抵挡了或许是最顽固的挑战。
阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）于1916年发表的理论，掀起了一场人类理解物理学和宇宙的革命。该理论声称，地心引力为时空伸缩性的结果：巨物弯曲了时空，并造成沿其轨道旋转的物体凹陷。
科学家在过去的105年多里反复试探广义相对论，试图发现该理论的不足情况和短板。截至目前，他们还未实现这种意图。
在一项新的研究中，研究人员报告了一项最野心勃勃、涉及广义相对论未攻克难题的挑战结果。他们分析了一项双脉冲星系统的实验——2003~2009年，7台不同的辐射望远镜从世界各地完成了这项实验。
脉冲星是一种中子星，或超密度的恒星残骸。脉冲星放射出高能辐射光和粒子（粒子源于脉冲星的磁极）。这些光束是持续的，但他们出现在脉冲星周围（正如其名），因为它正在旋转。在磁极的一端指向地球时，上述的光便在地球可见。
研究人员所调查的那对脉冲星距离地球大约2400光年，其中一颗脉冲星一秒钟旋转44次，而另外一颗脉冲星则每2.8秒才完成一次旋转。两颗脉冲星围绕共同的庞大中心，每147分钟旋转一周，它们每小时穿越空间62万千米（100万千米/小时），工作人员说。
像此类快速移动并相互影响的轨道型物体——比如上述那一对——他们的体积大约比太阳多30%，但距离它只有24千米（15英里）。这样的情况允许了研究者进行数量众多、变化万千的广义相对论预测——总共有7个！”英联邦科学与工业研究机构（CSIRO，为澳大利亚的国家科学机构）的研究合著者迪克·曼彻斯特（Dick Manchester）说。
并且，质量与数量相配：“此项研究，成就了广义相对论挑战中前所未有的精确性。”工作人员说。
曼彻斯特说：“除了引力波与光的传播以外，实验的精确性允许了我们测量“时间膨胀”，其为让时钟在引力场内转得更慢的效应。” ““当考虑处于轨道运动中的脉冲星，其快速旋转并发射电磁辐射时，我们甚至需要将爱因斯坦的著名方程式“E=mc^2”纳入计算。”
——阿尔伯特·爱因斯坦：传记、理论与引言
——爱因斯坦的理论：广义相对论
——什么是脉冲星？
7项预测实验的结果都已证实，研究铸造完成。广义相对论依然屹立不倒——但实验结果并不意味着，研究者应当放弃对它的批判、追寻其漏洞并超越它。
“广义相对论与量子力学描述的基本作用力水火不相容。所以重要的是，尽可能继续将严苛的测验施加给广义相对论，并孜孜不倦地寻求，何时、以何种方式，能将这座顽固的大厦推倒。”合著者、英国东英吉利大学的物理学家罗伯特·福德曼（Robert Ferdman）说。
福德曼补充道：“若寻找广义相对论漏洞的意图有朝一日实现，它将超越我们目前对宇宙的习惯性认知，掀起新物理学重大发现的大革命。并且这样的成功将帮助我们，探索并抵达四种自然力的终极理论——大统一理论。
相关知识
广义相对论是现代物理中基于相对性原理利用几何语言描述的引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开始发展，最终在1915年基本完成。[1]广义相对论将经典的牛顿万有引力定律与狭义相对论加以推广。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性（曲率），而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。
在室女A星系中心的黑洞，此为人类首次观测并得到确认的黑洞影像
从广义相对论得到的部分预言和经典物理中的对应预言非常不同，尤其是有关时间流易、空间几何、自由落体的运动以及光的传播等问题，例如引力场内的时间膨胀、光的引力红移和引力时间延迟效应。广义相对论的预言至今为止已经通过了所有观测和实验的验证——广义相对论虽然并非当今描述引力的唯一理论，但却是能够与实验数据相符合的最简洁的理论。不过仍然有一些问题至今未能解决。最为基础的即是广义相对论和量子物理的定律应如何统一以形成完备并且自洽的量子引力理论。
爱因斯坦的广义相对论理论在天体物理学中有着非常重要的应用。比如它预言了某些大质量恒星终结后，会形成时空极度扭曲以至于所有物质（包括光）都无法逸出的区域，黑洞。有证据表明恒星质量黑洞以及超大质量黑洞是某些天体例如活动星系核和微类星体发射高强度辐射的直接成因。光线在引力场中的偏折会形成引力透镜现象，这使得人们可能观察到处于遥远位置的同一个天体形成的多个像。广义相对论还预言了引力波的存在。引力波已经由激光干涉引力波天文台在2015年9月直接观测到。此外，广义相对论还是现代宇宙学中的膨胀宇宙模型的理论基础。
BY: Mike Wall
FY: 杨宜修
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