前幾年的時(shí)候，科學(xué)家在宇宙中發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的三體系統(tǒng)，或者說三合星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的中心，有一顆白矮星，同時(shí)有另一顆白矮星和一顆脈沖星（中子星）圍繞它公轉(zhuǎn)。

好，那么問題來了：圍繞它公轉(zhuǎn)的中子星和白矮星，誰的速度更快呢？

你可能想到：白矮星比中子星輕。我們知道，同樣是一立方厘米的體積，白矮星的物質(zhì)可以重達(dá)幾噸，但中子星的物質(zhì)則可以達(dá)到幾億噸，是白矮星的上億倍。這樣看來，處于同一個(gè)引力作用之下，白矮星的加速度應(yīng)該比脈沖星更大，更容易獲得高速度，所以白矮星更快。

恭喜你，答錯(cuò)了。

不過，那些認(rèn)為答案是中子星的人也別太高興，因?yàn)槟銈円矝]有答對。

從常識上來看，的確好像是白矮星會(huì)更快。但實(shí)際上，愛因斯坦的廣義相對論中的強(qiáng)等效原理（strong equivalence principle，SEP）告訴我們：不管脈沖星比白矮星重多少，它們的速度都和質(zhì)量無關(guān)。兩顆天體圍繞著同一顆天體公轉(zhuǎn)，受到同樣的引力作用，因此獲得的速度是同樣的。

你可能覺得這件事太過于離奇，但事實(shí)的確如此。當(dāng)科學(xué)家們對這個(gè)三體系統(tǒng)進(jìn)行觀測的時(shí)候，結(jié)果也證明了愛因斯坦的理論。為了便于大家理解，我們有必要討論一下，什么是強(qiáng)等效原理。

強(qiáng)等效原理，是廣義相對論的基礎(chǔ)。舉個(gè)例子來說：如果一個(gè)人位于一個(gè)密閉系統(tǒng)里，并且這個(gè)密閉系統(tǒng)有一個(gè)加速度a，恰好和地球上的重力加速度g（9.8米每二次方秒）相等。那么對于這個(gè)人來說，他根本無法判斷自己到底是在一個(gè)加速的密閉系統(tǒng)中還是在地球上。為什么呢？因?yàn)樗徽撌窃谶@種密閉系統(tǒng)中還是在地球上，不論是做力學(xué)實(shí)驗(yàn)還是電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，都會(huì)得到完全相同的結(jié)果。

因此，雖然一個(gè)是看似靜態(tài)的，另一個(gè)是動(dòng)態(tài)的，但他的感受是一樣的；雖然一個(gè)受到的是地球的重力，另一個(gè)受到的是密閉系統(tǒng)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力，但這樣的力對系統(tǒng)中的物體產(chǎn)生的影響也是相同的。

說到這里，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)系統(tǒng)能夠等價(jià)的條件只有一個(gè)——加速度相同。也就是說，這與系統(tǒng)內(nèi)的物體質(zhì)量是沒有關(guān)系的。因此，如果你在地球上在同一個(gè)高度同時(shí)放開一根羽毛和一個(gè)鉛球，在沒有空氣阻力等其他力影響的情況下，羽毛和鉛球會(huì)同時(shí)落地。你可能會(huì)說：這不就是伽利略在比薩斜塔做的實(shí)驗(yàn)嗎！沒錯(cuò)，雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)未必真實(shí)，但道理就是這樣的。

拓展到宇宙中，道理也是一樣的。在剛才我們提到的那個(gè)三體系統(tǒng)中，雖然中子星和白矮星的質(zhì)量、密度都有著較大的差距，但是根據(jù)等效原理，處于同樣一個(gè)引力場中的時(shí)候，它們的運(yùn)動(dòng)和質(zhì)量本身無關(guān)，只與加速度有關(guān)。而這個(gè)加速度不是通過牛頓第二定律計(jì)算的加速度，而是類似于地球表面重力加速度一樣，取決于中心天體的質(zhì)量。

在此之前，這些還都只是推測。而這個(gè)三體系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，讓科學(xué)家終于找到了一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)室，來檢驗(yàn)愛因斯坦的強(qiáng)等效原理。他們利用位于法國南賽（Nan?ay）觀測站的射電望遠(yuǎn)鏡，對這顆名為PSR J0337+1715的脈沖星進(jìn)行了長達(dá)6年的持續(xù)觀測，再一次驗(yàn)證了愛因斯坦的正確性。

曼徹斯特大學(xué)的Guillaume Voisin和他的團(tuán)隊(duì)最近對這個(gè)三體系統(tǒng)進(jìn)行了觀測，檢驗(yàn)了強(qiáng)等效原理，并且將研究成果發(fā)表在了最近的《天文學(xué)與天體物理學(xué)》上。他指出：“中子星和白矮星提供了一個(gè)很理想的實(shí)驗(yàn)室，二者結(jié)合在一起產(chǎn)生的極度偏離的能量，使得我們可以利用射電脈沖星計(jì)時(shí)技術(shù)（radio pulsar timing）對強(qiáng)等效原理進(jìn)行精確的檢驗(yàn)?！?/p>

Voisin等人采取了反證法來檢驗(yàn)強(qiáng)等效原理，他們嘗試在這個(gè)系統(tǒng)中尋找可以推翻這個(gè)理論的證據(jù)。如果中子星和白矮星被觀測到有速度的差異，那么將可以證明愛因斯坦和他的廣義相對論是錯(cuò)誤的。結(jié)果證明，他們沒有找到任何可以推翻愛因斯坦的證據(jù)，這意味著愛因斯坦是正確的。

他們嘗試了除相對論以外的所有引力原理、把質(zhì)量和自轉(zhuǎn)速度等因素全部考慮進(jìn)來，然后進(jìn)行計(jì)算，推測這個(gè)三體系統(tǒng)的下一步運(yùn)行規(guī)律和位置，結(jié)果始終是錯(cuò)誤的。結(jié)果很明顯：從質(zhì)量到密度，再到自轉(zhuǎn)或者其他因素，都與兩顆天體的運(yùn)行法則無關(guān)，它們在相同的引力場中嚴(yán)格按照廣義相對論的法則來運(yùn)行。

Voisin指出：“我們得到的結(jié)果和廣義相對論完全符合，這個(gè)限度（指的是實(shí)驗(yàn)的誤差）極大程度上降低了強(qiáng)等效原理被違背的可能。在所有這些實(shí)驗(yàn)中，我們都無法檢測到它被違反。在可觀測的精度范圍內(nèi)，引力的表現(xiàn)和廣義相對論的描述一致。我們認(rèn)為，廣義相對論是唯一說得通的理論，它完全體現(xiàn)了強(qiáng)等效原理的精髓。”

雖然廣義相對論的提出已經(jīng)過去100年了，但現(xiàn)在的科學(xué)家們?nèi)栽诶锰煳默F(xiàn)象來對它進(jìn)行檢驗(yàn)；盡管愛因斯坦的相對論的地位已經(jīng)無可撼動(dòng)，但每次一證實(shí)其正確性都讓我們對他肅然起敬。相對論到底是終極理論還是未來也將被修正，沒有人知道。但至少在很長的一段時(shí)間里，它都將指導(dǎo)我們追求宇宙的真理，規(guī)范天體的運(yùn)行。愛因斯坦，偉人也！