2月11日，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）科學(xué)合作組織正式宣布人類第一次直接探測到了引力波，自此引力波研究宇宙的窗口被正式打開。這一成果具有劃時代的意義，必將對整個天文學(xué)領(lǐng)域乃至基礎(chǔ)物理領(lǐng)域帶來革命性的影響。全世界的物理學(xué)家和天文學(xué)家已經(jīng)開始利用這個全新的窗口來研究宇宙。
物理學(xué)期刊《物理評論D》（Physical Review D）于7月29日正式發(fā)表了中國科學(xué)院紫金山天文臺研究員吳雪峰所帶領(lǐng)的高能時域天文團(tuán)組及其合作者關(guān)于愛因斯坦弱等效原理的最新檢驗(yàn)結(jié)果（Wu, Gao, Wei, Mészáros, Zhang, Dai, Zhang, & Zhu, 2016, Phys.Rev.D, 94, 024061）。該項(xiàng)研究利用引力波信號精確驗(yàn)證了愛因斯坦廣義相對論中的弱等效原理假設(shè)。此項(xiàng)工作合作者包括北京師范大學(xué)副教授高鶴和教授朱宗宏、中科院紫金山天文臺博士魏俊杰、美國賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Peter Meszaros、內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校教授Bing Zhang、南京大學(xué)教授戴子高以及中科院高能物理研究所教授張雙南。
等效原理是愛因斯坦廣義相對論和其它引力理論的重要基石。愛因斯坦等效原理預(yù)言，無靜止質(zhì)量或靜止質(zhì)量可以忽略的中性粒子在引力場中傳播，穿越的時間和沒有引力場情況是不同的，該效應(yīng)也被稱為Shapiro延遲。等效原理可以通過對比河外暫現(xiàn)源同時釋放的不同能量光子（或者不同種類的粒子）在通過同一個引力場所用的時間差來檢驗(yàn)，即比較不同能量光子（或者不同種類的粒子）在銀河系引力場中傳播對應(yīng)的后牛頓參數(shù)γ值（單位質(zhì)量引起的空間彎曲）的差別是否為零。目前對愛因斯坦弱等效原理的檢驗(yàn)主要是基于不同能量光子的觀測時間延遲，人們迫切需要借助不同觀測渠道獲得的不同粒子來檢驗(yàn)弱等效原理的精確度，包括引力波。升級之后的LIGO/VIRGO對引力波的探測無疑將為研究人員提供檢驗(yàn)弱等效原理的最佳候選體，并且把對愛因斯坦弱等效原理的高精度檢驗(yàn)擴(kuò)展到了引力子。考慮升級之后的LIGO/VIRGO的探測能力和引力波事件源的方位不確定度，吳雪峰等人指出引力波及其電磁對應(yīng)體信號的聯(lián)合探測有望把后牛頓參數(shù)γ的差值上限限制到10-10量級，見下圖。
這一結(jié)果比之前相關(guān)限制（都是利用銀河系引力勢）至少提高了1個量級，而且比超新星1987A的多信使（光子和中微子）檢驗(yàn)結(jié)果提高了7個量級，從而進(jìn)一步證明了愛因斯坦等效原理假設(shè)的正確性。
《物理評論》的審稿人對這一工作給予了高度評價。英國《新科學(xué)家》（New Scientist）在2月18日的Daily News 中以Four big cosmology secrets gravitational waves could uncover（《引力波能揭開的宇宙學(xué)4大謎團(tuán)》）為題把“等效原理”作為宇宙學(xué)4大謎團(tuán)之一，并在新聞中引用吳雪峰所提到的：“在GPS和太空航行時代，引力理論預(yù)言的哪怕幾分鐘的誤差，都會造成重大后果。它（等效原理）極其重要。”
