40年来，广义相对论处在一个特殊的地位上，它是在物理学中人所共知但又最少得到证实的理论，1919年，当阿瑟 · 爱丁顿向全世界宣布，他已经观察到了由于太阳的引力场而引起星光的偏移时，广义相对论的神话已经问世。爱因斯坦立刻名扬四海，广义相对论也被提高到神秘莫测的底座上。然而，光线的偏移实在难以被察觉。水星近日点的岁差提供了又一个证据，但是岁差率太微小而且必须从行星摄动的效应中才能分辨出来。没有实验，理论也不会兴旺。从科学上讲，它仍然还是一种奇珍异品。
到了50年代后期，引力物理的情况有所好转，罗伯特 · 迪克（Robert Dicke）设计出对等价原理简直是神奇般灵敏的测试方法以及对两种引力理论的检验手法，由此他开创了实验引力的领域。罗伯特 · 庞德（R · Pound）和格伦 · 雷伯卡（Glen Rebka）在地球的引力场中观察到了引力红移。约瑟夫 · 韦伯（Joseph Weber）者手对如何测定引力辐射进行了探索。欧文 · 夏皮罗（Irwin Shapiro）认识到，按照广义相对论，引力使光速延迟，他采用新建造的行星雷达扫描区来研究引力，而且利用卫星、行星和恒星射电源对关于广义相对论效应的实验作了改进。理论和实验能协调一致了，但是，现象所涉及的范围还是很窄的，产生的效应也很微弱。
1974年，自然界突然又开始使广义相对论变得炫耀起来。约瑟夫 · 泰勒（J · Jaylor）和罗素 · 霍尔茨（R · Hulse）致力于射电望远镜的观察，发现了PSR1913+16，这是一颗双体射电脉冲星，它仿佛可以被巧妙地加以设计以作为广义相对论的一个实验室。PSR1913+16是一对受引力约束质量中的一个成员，每个成员的质量约是太阳质量的1.4倍。这些中子星在一个并不比太阳直径大很多的轨道上以8小时的周期互相围绕对方急剧旋转。脉冲星在沿轨道疾飞时就构成一个钟，它标志的时间出奇般地准确，人们几乎很难再要求更高的精确度。
双体脉冲星早已不是新闻了，如果你及时地跟踪着这个发现，它的奇闻不会使你感到惊讶，如果你对此不甚了解，请你继续阅读下面的内容。
脉冲星每隔59毫秒发射出一个报时信号，它是如此地清晰以至这些报时信号的一个长达5分钟的时间序列的到达时刻可以被分辨到15微秒以内。18年来，对一个信号的计时，分辨率是15微秒，这件事本身就给出了相当高的精确度。不妨看一个例证：脉冲星的频率是16.940539184253（1）赫（或至少在1986年1月14日是如此）。而频率正以每秒减少2.47583（1）×10-15赫的速率作极其缓慢然而又极其稳定的变动。如果把脉冲星看成一只钟，这只钟简直好得无可挑剔。很明显，脉冲星有着最好的原子钟那样的精确度。由于原子钟是由科学创造出来的最精确的器件，因而，钟表制造者正面临着又一次强劲的挑战。
当脉冲星沿着自己的轨道旋转时，由于多普勒移动，脉冲到达的时间差率会增加和减少，从而表观的脉冲星时间周期地增长和减缩。变动的幅值大约4秒左右。滞后曲线由于轨道的偏心率和方位而发生高度扭曲，借助于分析曲线的形状和它随时间的演化，泰勒和他的同事们找到了人们可能希望了解轨道的全部内容。
为了描述一个开普勒轨道，人们需要5个参数。对于PSR1913+16，人们所已知的这些参数已经达到了百万分之一或更好的精确度。例如，椭圆的偏心率是0.6171308（4）。另外一个参数描述长半轴的方位或利用更好听的天文学术语称为近星点的方位。作为近星点过程，在脉冲到达曲线上扭曲的相位在周期运动的背景上发生偏移。从多年观察这种偏移的结果中，泰勒和他的同事们以非常低的误差确定了岁差率。
为了确切地估计上述测量结果，让我们回忆一下，按照广义相对论，水星近日点将以每世纪43″弧度的速率进动。可是，双体脉冲星的岁差率却比水星高达30000倍以上。泰勒测出的岁差率为每年4.22662（1）°，这个数字如此地精确以至弗拉特地球学会中最彻底的会员也会承认这个效应是真实的。
测得的岁差率和广义相对论十分吻合。在所测量轨道上的两颗中子星——每颗都具有预料的、非常接近于约为太阳质量1.4倍的质量极限——应该以每年4°的速率进动。如果把关于岁差率，轨道时间膨胀和引力红移的数据综合在一起，就可以找出两颗星的实际质量。结果是，脉冲星的质量为太阳质量的1.4410（5）倍，它的伴星质量为太阳质量的1.3874（5）倍。
但是，使双体脉冲星实际上令人刮目相看的地方还在于它引人注意地显示了引力辐射，引力辐射的这个证据对广义相对论而言是真正的“第一次”，正是这个证据使脉冲星处在一个独一无二的地位上。
双体脉冲星是一个旋转着的质量四极场，因此它辐射出引力能量。如同在所有受约束的二体引力系统中那样，轨道周期随能量减少而减少。为了看出这种变化，可以跟踪被脉冲星扫过的全部轨道角并且仔细观察它怎样随时间而偏离线性关系的。如果加速是均匀的，偏离就将是两次方的关系。
泰勒和他的同事们花了几年时间注意到，轨道周期实际上一直在改变，首次的测量太粗糙以至不能使我们得出任何结论。有两件事情为此提供了有利条件。第一件是，对脉冲计时的技术逐步有了改进，第二件是，已经耗费了大量的观测时间。在测量一个随时间而以两次方规律增长的某种效应时没有任何可用于观测和等待出现的其他替代物，这正是泰勒花了18年时间所进行的研究的结果。
为了对观测到引力辐射造成一个更为可靠的情境，必须要完成比精确测量阻尼率更多的工作。首先，必须考虑使周期发生改变的两种机制，然而，双体脉冲星似乎不允许存在任何一种机制。首先，它是如此地接近于理想的两体系统以至看起来不存在以某种可能计入周期改变的方式对发射质量和改变它的性质似乎有利的任何情景。其次，还必须证明，辐射率要与给出所测量的质量和轨道参数的广义相对论的预言相符。对PSR1913+16，最后的迹象是，对预料的阻尼率观察到的比值是：1.0032+0.0035。
轨道进动和引力辐射还只是这类事件的一个方面，双体脉冲星还存在许多相对论的现象。仅举几例：由脉冲星的不断改变着的势能而导致的引力红移是清晰可见的，如同夏皮罗的时间延迟是可见的那样。当地球在太阳引力场中运动时，地球-月亮系统的引力红移也是可见的。事实上，对测量计时已经达到如此的精确，以至仅当测得的实际数字特别标明，时间是否已被涉及到在地球的、太阳系的、银河系的或宇宙的势场中的一名观察者时，这些数字才是有意义的。因为双体脉冲星是一个引力辐射者，因此，它也是一个引力吸收者。如果存在一个引力辐射背景，双体脉冲星将会显示出来。稍微一丁点儿的这种辐射似乎会向四周发散开去。这意味着，例如宇宙的质量失踪问题不大可能通过隐藏在引力辐射场中的质量-能量而加以解决。
泰勒借助于现代化的仪器设备，以少数大学生、博士后和合作者为助手研究PSR1913+16已达几乎20年之久。人们可以把这件事标明为在一个大的实验室中的小科学，它最多是小科学的一个例子，在对几百颗脉冲星进行探索过程中，泰勒提出了一个有远见的想法，他提出上述结果是广义相对论的一个瑰宝，人们必然想知道还有其他什么瑰宝处在我们周围正等待着人们去发掘它。
[Physics Today，1993年4月号]