重力常数，宇宙通行

重力是自然界四大基本作用力之一。根据天文学家利用一颗遥远波霎（pulsa）的研究结果显示：极可能全宇宙的重力常数 G 皆相同。这项研究成果可帮助科学家们解决一个悬宕已久的宇宙论难题：重力是否在任何地方、任何时刻都是相同的？这个问题的答案，到目前为止，应该是“yes”。

普朗克电波天文研究所（Max Planck Institute for Radio Astronomy）朱炜炜（Weiwei Zhu）等人参与的一项研究计划，利用位在美国西维吉尼亚州的绿堤电波望远镜（Green Bank Telescope，GBT）和位在波多黎各的阿雷西波电波望远镜（Arecibo）进行一项长达 21 年的观测，精确测量波霎 PSR J1713+0747 所放出的波霎讯号，这项刻苦耐劳的研究工作，创造出迄今以太阳系以外天体获得的最佳重力常数制约条件。

所谓的波霎，是大质量恒星经超新星爆炸后残余的核心部分，基本组成成分皆为中子，且因自转速度非常快，密度非常高，磁场也很强，因磁轴与自转轴并不重合，因此顺着磁极发出的电波波束会随自转而扫过不同天区，如同灯塔一般，本地球上的人们便会接收到固定频率的电波讯号。波霎密度很高，质量很大，但直径却仅有 20-25 公里左右，相当于把比太阳还大许多倍的恒星浓缩至台北市的大小，但因其自转速度非常稳定，且会发出固定频率的电波讯号，因此就像是个天然又非常精确的电子钟一样，天文学家因而喜欢利用波霎当作研究空间、时间与重力等基本性质的天然实验室。

PSR J1713+0747 距离地球约 3750 光年，有颗白矮星伴星，是迄今已知最亮、最稳定的波霎之一。先前曾进行过的研究显示这个波霎与其白矮星伴星互绕周期约为 68 天，意味着这对双星之间的轨道距离比平常类似的致密天体组成的双星还要宽，这个状况并不常见，但却是研究重力的必要环境，因为重力辐射效应（effect of gravitational radiation），也就是爱因斯坦预测的轨道速度会稳定地转换成重力波，这种效应其实非常微小，对波霎轨道的影响程度基本上可以忽略。若波霎轨道变动很明显的话，会影响波霎计时实验的精确度。

重力是将恒星、行星与星系等束缚在一起的作用力。虽然本地球各处显示为常数，但有些宇宙论理论认为重力会随时间改变，或是可能在宇宙不同角落，重力常数也会不同。然而，经过 21 年的长期监测后，朱炜炜等人确认这颗遥远波霎发出电波辐射的频率极稳定，显示遥远恒星系统的重力常数与本地球所得之 G 一致；先前其他科学家利用激光测距方式研究地球至月球的距离，发现地月系统内的重力常数也不会随时间改变。这是重力常数 G 应该全宇宙皆同的重要证据。

重力常数是基础物理常数，对了解基本物体在不同地点、时间、重力条件下的性质等都非常重要，从这个研究成果，这些学者可将一些与相对论不同的重力理论排除，给予往后相关研究的制约条件，让科学家得以愈来愈接近事实真相。

（本文由 台北天文馆授权转载）

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