引力在四種基本力中是我們人類首先認識和理解的力，但也是目前唯一沒有被量化的力，也是在宇宙的大尺度上唯一起作用的力。因此引力直接主導了宇宙的演化過程！

在宇宙中任何具有質量或能量的物體都會吸引其他具有質量或能量的物體，這就解釋了從地球上墜落的物體到行星的軌道，再到宇宙中最大結構的形成。廣義相對論預測了引力輻射也就是極端天體的軌道衰減問題，那太陽系內行星的軌道呢？我們先從牛頓引力和廣義相對論的區別說起，

牛頓引力和廣義相對論的區別

下圖中有關引力的描述只是一個更為接近基本真理的近似值。物體感受到引力並對所受力的方向做出加速反應，用這樣的術語來描述引力的相互作用完全符合我們日常經驗。這就是幾個世紀以來艾薩克·牛頓為我們提供的對現實最好的理解。

但是在愛因斯坦的相對論中有一個非常非常重要的微妙之處。也可以說是一次偉大的思想革命，即空間和時間不是獨立的、固定的實體，而是一個不可分割的組合（時空），時空的形狀本身決定了內部所有物體（有質量的和無質量）的運動軌跡。

此外，時空的形狀或曲率是由存在於時空本身的所有物質和能量的分佈決定的！在一個理想的系統，比如我們的太陽系，牛頓的引力和加速度是一個關於引力本質很好的近似。這也說明牛頓引力有侷限性！

在牛頓引力理論中，有一個顯著的結論是，任何圍繞大質量中心旋轉的小質量物體都會以一個完美的橢圓軌道執行，每一次旋轉都會沿著相同閉合的路徑返回。

而事實上，在廣義相對論中所有的行星都無法在圍繞太陽的軌道上形成一個閉合的橢圓，總會差那麼一點點。當一顆行星離母恆星越近，軌道的偏差越大。這是因為時空彎曲的越嚴重，時空曲率越高，就不是牛頓引力所能掌握的情況了。

愛因斯坦對引力輻射的預測

在大引力區域，廣義相對論與牛頓引力形成了鮮明對比，行星的軌道不僅無法閉合，而且在足夠長的時間尺度上，軌道實際上會發生衰減。這是因為愛因斯坦預測，如果運動的電荷在繞原子核運動中會發出電磁輻射，那麼質量物體在引力場中的運動也會引起引力輻射，並且帶走軌道的能量，使軌道發生衰減。

因此，如果時間足夠長，太陽系的行星最終都會向內螺旋走向太陽系的中心，與中心的質量合併。

其實我們不必擔心地球會落入太陽，因為相對於太陽微不足道的質量和行星離太陽的距離，軌道衰減的十分緩慢，我們根本無法察覺。要想使地球撞向太陽至少需要10^150年的時間，這比宇宙中任何恆星的壽命都要長得多。

對軌道衰減的驗證

但是，如果我們能在宇宙找到一個大質量，並且軌道距離較近的系統，我們應該能夠檢驗到相對論的軌道衰減預測，看看在極端引力狀態下軌道是否會衰減，否會以愛因斯坦理論預測的速度衰減？

因此我們需要尋找的是一個有著太陽質量的天體，但它的體積只有一座山那麼大，在宇宙中中子星就是首選觀測物件。

中子星是II型超新星爆發中的超大質量恆星的殘餘核心，中子星的質量還不足以塌縮成黑洞。已知質量最大的中子星之一是PSR J0348+0432，質量大約是太陽質量的兩倍，但半徑可能只有10公里。對於這顆中子星來說，他的特別之處在於：

大多數中子星屬於脈衝星，這意味著，當中子星旋轉時，會以發射出兩束無線電輻射。這顆中子星的無線電正好掃過我們地球，這非常罕見。我們用無線電望遠鏡從這顆中子星接收到了一個非常有規律的脈衝每秒鐘25次。

這顆中子星是一個雙星系統，這意味著有另一個質量正在繞著它旋轉。這是愛因斯坦相對論的一個非常特殊的例子，因為它們不僅有進動的橢圓軌道，還有軌道衰變後發出的引力輻射。最後，圍繞中子星的另一個質量是白矮星，一個非常小的物體，質量和太陽差不多，但是和地球的物理大小相當，並且它離中子星很近，每2.5小時繞中子星一圈。

這種極端系統中的引力軌道衰變已經被觀察證實了幾十年，甚至獲得了諾貝爾獎。這是相對論有史以來最強的測試之一！

我們發現雙星軌道週期以每年8微秒的速度在變化，這與愛因斯坦的預測完全一致！這就廣義相對論主導下的引力軌道衰減。